Лінійні двигуни розповсюджуються. Вони дають машинам абсолютну найвищу точність та динамічну продуктивність.

Лінійні двигуни дуже швидкі та точні для позиціонування, але також здатні до повільної, постійної швидкості для машин та слайдів, а також систем інструментів та часткових кадрів. Різноманітні застосування - лазерна хірургія, огляд зору, обробка пляшок та багажу - використовуйте лінійні двигуни, оскільки вони надзвичайно надійні, потребують невеликого обслуговування та покращують виробничі цикли.

Більш висока швидкість і сила

Лінійні двигуни безпосередньо поєднуються з їх навантаженням, що виключає безліч компонентів зчеплення - механічні муфти, шківи, ​​ремені на проміжок часу, кульові креві, ланцюгові накопичувачі, стійки та шпильки, щоб назвати декілька. Це, в свою чергу, зменшує витрати і навіть люфт. Лінійні двигуни також забезпечують послідовний рух, точне розташування для сотень мільйонів циклів та більш високі швидкості.

Типові швидкості, досяжні за допомогою лінійних двигунів, різняться: Виберіть та розміщуйте машини (які роблять багато коротких рухів) та інспекційне обладнанняЛінійні степеткизі швидкістю до 60 дюймів/sec; Застосування літаючих та вибирайте та розміщуйте машини, які змушують довші ходи використовуватибез гвинтівки безчестялінійні двигуни для швидкості до 200 дюймів/sec; Посилки, пускові машини та люди, що рухаються, використовують лінійнііндукція змінного струмудвигуни для досягнення швидкості до 2000 дюймів/Сек.

Ще один фактор, який визначає, яка лінійна моторна технологія найкраща: сила, необхідна для переміщення навантаження на додаток. Навантаження або маса разом із профілем прискорення програми в кінцевому підсумку визначають цю силу.

Кожна програма представляє різні проблеми; Однак, як правило, системи передачі частин використовують лінійні степери з силами до 220 Н або 50 фунтів; Напівпровідник, лазерне різання, різання води та робототехніка використовують безщірні двигуни без гвинтів до 2500 Н; Конвеєрні системи використовують лінійні індукційні двигуни змінного струму до 2200 Н; А лінійка трансферу та верстат використовують безчесні двигуни з заліза до 14000 Н. Майте на увазі, що кожна програма відрізняється, а інженери додатків-виробників, як правило, надають допомогу на цьому етапі специфікацій.

Існують інші фактори, окрім швидкості та сили. Наприклад, конвеєрні системи використовують лінійні індукційні двигуни змінного струму через довгу тривалість подорожі та переваги наявності пасивного вторинного без постійних магнітів. Такі застосування, як лазерна хірургія очей та виготовлення напівпровідників, використовують безщірні гвинтики для точності та плавності подорожей.

Основна робота

Лінійні двигуни працюють через взаємодію двох сил електромагніту - тієї ж основної взаємодії, що виробляє крутний момент у поворотному двигуні.

Уявіть, що вирізає поворотний двигун, а потім вирівнює його: це дає грубу уявлення про геометрію лінійного двигуна. Замість з'єднання навантаження на обертовий вал для крутного моменту навантаження підключено до плоского рухомого автомобіля для лінійного руху та сили. Коротше кажучи, крутний момент - це вираз роботи, який забезпечує поворотний двигун, тоді як сила - це вираз лінійної роботи двигуна.

Точність

Розглянемо спочатку традиційну обертову ступінчасту систему: підключена до кульки з кроком з 5 обертів на дюйм, точність становить приблизно від 0,004 до 0,008 дюйма, або 0,1 до 0,2 мм. Поворотна система, що працює від сервомоторного, точна до 0,001 до 0,0001 дюйма.

На відміну від цього, лінійний двигун, поєднаний безпосередньо з його навантаженням, дає точність від 0,0007 до 0,000008 дюйма. Зверніть увагу, що з'єднання та кульова реакція не включаються до цих фігур, і вони ще більше погіршують точність поворотних систем.

Відносна точність змінюється: типовий обертовий кроки, який ми тут деталізуємо, все ще може позиціонувати в межах діаметра людського волосся. З цього приводу сервоприношення покращують це в 80 разів, тоді як лінійний двигун може покращити це далі - в 500 разів менший, ніж діаметр людського волосся.

Іноді технічне обслуговування та вартість (протягом терміну експлуатації обладнання) є важливішими міркуваннями, ніж точністю. Лінійні двигуни Excel також тут: витрати на технічне обслуговування, як правило, зменшуються за допомогою лінійних двигунів, оскільки неконтактні частини покращують роботу машини та збільшують середній час між невдачами. Крім того, нульовий зворотний зв'язок лінійних двигунів виключає шок, що ще більше продовжує термін експлуатації машини. Інші переваги: ​​час між циклами технічного обслуговування можна збільшити, що дозволяє отримати більше оперативного потоку. Менше обслуговування та залучення персоналу покращують нижню лінію - прибуток - і зменшують вартість власності на термін експлуатації обладнання.

Переваги порівняно

Програми потребують лінійного руху. Якщо ви використовуєте обертовий двигун, то для перетворення поворотного руху необхідний механічний механізм перетворення. Тут дизайнери вибирають механізм перетворення, найбільш підходящий для програми, мінімізуючи обмеження.

• Лінійний двигун проти ременя та шківа:Для отримання лінійного руху з поворотного двигуна загальним підходом є використання ременя та шківа. Зазвичай сила тяги обмежена міцністю на розтяг; Швидкі старти та зупинки можуть спричинити розтягування ременя і, отже, резонанс, що призводить до збільшення часу врегулювання. Механічний обертання, люфт та розтягнення ременя також нижча повторюваність, точність та пропускна здатність машини. Оскільки швидкість і повторюваність - це назва гри в Servo Motion, це не найкращий вибір. Там, де конструкція полиця може досягти 3 м/сек, лінійна може досягти 10 м/сек. Без будь-якого зворотного зв'язку або вінп, лінійні двигуни прямого приводу ще більше підвищують повторюваність та точність.
• Лінійний двигун проти стійки та шестерні:Стійки та шестерні забезпечують більшу тягу та механічну жорсткість, ніж конструкції ременя та духу. Однак двонаправлене зношення з часом призводить до сумнівних повторюваних та неточностей - основних недоліків цього механізму. Люфт запобігає зворотному зв'язку двигуна виявляти фактичне положення навантаження, що призводить до нестабільності - і змушуючи нижчі прибутки та повільніші загальні продуктивність.
• Лінійний двигун проти Ballscrew:Найпоширенішим підходом до перетворення поворотного в лінійний рух є використання свинцю або кульки. Вони недорогі, але менш ефективні: свинцеві гвинти, як правило, 50% або менше, а кульові креві - близько 90%. Високе тертя виробляє тепло, а тривалий одяг знижує точність. Відстань подорожей механічно обмежена. Крім того, лінійні межі швидкості можна продовжити лише за рахунок збільшення кроку, але це погіршує позиційну роздільну здатність; Надмірно висока обертальна швидкість також може спричинити гвинти, що призводить до вібрації. Лінійні двигуни дають довгу, необмежену кількість подорожей. При кодері при навантаженні довгострокова точність зазвичай становить ± 5 мкм/300 мм.

Основні лінійні типи двигунів

Оскільки існують різні поворотні моторні технології, так і є кілька лінійних типів двигунів: крокове, безщірне та лінійне індукція змінного струму, серед інших. Зауважте, що Linear Technology використовує накопичувачі (підсилювачі) плюс позиціонерів (контролери руху) та пристрої зворотного зв'язку (наприклад, датчики та кодерів), які зазвичай доступні в промисловості.

Багато конструкцій виграють від спеціальних лінійних двигунів, але проекти запасів зазвичай підходять.

Безщірні лінійні двигунихарактеризуються сталевим ламінуванням у рухомому корж до магнітного потоку каналу. Цей тип двигуна має більш високі рейтинги сили і є більш ефективним, але важить у три-п’ять разів більше, ніж порівняно розміром двигунів, що не містять COG. Стаціонарна валика складається з багатополюсних чергувальних постійних магніти, пов'язаних на сталевій пластині з холодною руброю. Однак сталеві ламінації на рухому кормі реагують з магнітами на стаціонарному валику, які розвивають «привабливу» силу і демонструють невелику кількість гнізд або пульсації, коли двигун рухається від одного магнітного поля в інше, що призводить до змін швидкостей.

Ці двигуни розвивають велику кількість пікової сили, мають більшу теплову масу та тривалу постійну термічну час-тому підходять для високопоставлених, переривчастих додатків, що переміщують дуже великі навантаження, як у лінійних та верстатах для трансферу; Вони розроблені для необмеженої подорожі і можуть включати кілька рухомих твен з траєкторіями, що перекриваються.

Безщірні двигуни, що не мають гвинтівМайте збірку котушки в рухомому коржнику без сталевих ламінацій. Котушка складається з дротяної, епоксидної та немагнітної структури підтримки. Цей пристрій набагато легший вазі. Основна конструкція виробляє меншу кількість сили, тому додаткові магніти вставляються на стаціонарну доріжку (допомога для збільшення сили), а доріжка у формі магнітів з кожної сторони цього U. Форер вставляється в середину U .

Ці двигуни підходять для застосувань, які потребують плавної роботи без магнітного коггінгу, наприклад, сканування або інспекційне обладнання. Їх більш високі прискорення корисні для вибору та місця напівпровідника, сортування чіпів, а також припая та клейових розподілу. Ці двигуни розроблені для необмежених подорожей.

Лінійні степеткибули доступні давно; Руховий корм складається з ламінованих сталевих ядер, що точно прорізані зубами, єдиним постійним магнітом та котушками, вставленими в ламіноване серцевина. (Зауважте, що дві котушки призводять до двофазного кроку.) Цей збірка інкапсульована в алюмінієвому корпусі.

Стаціонарна валика складається з фотохімічно травлених зубів на сталевій брусці, ґрунті та нікельованому. Це може бути складений кінець до необмеженої довжини. Двигун оснащений Forcer, підшипниками та влаштованою. Приваблива сила з магніту використовується як попереднє завантаження для підшипників; Це також дозволяє керувати пристроєм у перевернутому положенні для різних додатків.

Індукційні двигуни змінного струмускладається з кормового котушки, що складається з сталевих ламінацій та фазових обмоток. Обмотки можуть бути одиночними, або трифазними. Це дозволяє здійснювати прямий онлайн -контроль або контроль через інвертор або векторний привід. Стаціонарна валика (що називається реакційною пластиною) зазвичай складається з тонкого шару алюмінію або міді, скріпленої на холодній рулоній сталі.

Після того, як котушка форми підсилюється під напругою, вона взаємодіє з реакційною пластиною і рухається. Більш високі швидкості та необмежена довжина подорожей - це сильні сторони цього дизайну; Вони використовуються для обробки матеріалів, людей, транспортерів та розсувних воріт.

Нові концепції дизайну

Деякі з останніх вдосконалень дизайну були реалізовані за допомогою реінжинірингу. Наприклад, деякі лінійні крокові двигуни (спочатку розроблені для забезпечення руху в одній площині) тепер переробляються, щоб забезпечити рух у двох літаках - для руху XY. Тут рухомий коржник складається з двох лінійних степерів, встановлених ортогонально при 90 °, так що один забезпечує рух осі x, а другий забезпечує рух осі y. Також можливі декілька бродерів з перекриттям траєкторій.

У цих двосторонніх двигунах нерухома платформа (або влаштована) використовує нову композитну конструкцію для міцності. Жорсткість також покращується, тому відхилення зменшується на 60 до 80% порівняно з попередніми виробничими моделями. Площина валик перевищує 14 мкм на 300 мм для точного руху. Нарешті: оскільки кроки мають природну привабливу силу, ця концепція дозволяє встановити валику або перевернутись обличчям, або перевернути, таким чином, забезпечуючи універсальність та гнучкість для застосувань.

Ще одна інженерна інновація - охолодження води - розширює силу лінійних індукційних двигунів змінного струму на 25%. Завдяки цьому розширенню можливостей, а також користь від необмеженої довжини подорожі, індукційні двигуни змінного струму забезпечують найвищі показники для багатьох додатків: атракціони розваг, обробка багажу та люди. Швидкість змінна (від 6 до 2000 дюймів/Sec) через регульовані приводки швидкості, які зараз доступні в промисловості.

Ще один двигун включає стаціонарний циліндричний корпус з лінійною рухомою частиною, щоб забезпечити рух. Частина, що рухається, може бути стрижнем, що складається з одягненої в мідь, рухомою котушкою або рухомим магнітом, як поршня всередині циліндра.

Ці конструкції забезпечують переваги лінійного двигуна плюс, як і лінійний привід. Застосування включають біомедичні колоноскопії, камери з довгими приводами затвора, телескопами, які потребують демпфування вібрації, літографії, що фокусують двигуни, передачі генераторів, які кидають вимикачі, щоб розмістити генератори в Інтернет та натискання на їжу - як вистрибують тортили.

Повні лінійні пакети або етапи двигуна підходять для розміщення корисних навантажень. Вони складаються з двигуна, кодера зворотного зв'язку, обмежених вимикачів та кабелю. Можна складати етапи для багатосайтного руху.

Однією з переваг лінійних етапів є їх нижчий профіль, що дозволяє їм вмістити в менші простори порівняно зі звичайними позиціонерами. Менше компонентів сприяє підвищенню надійності. Тут двигун підключений до звичайних накопичувачів. В операції із закритою циклом петля положення закрита контролером руху.

Знову ж таки, окрім запасів, спеціальні та спеціальні конструкції рясніють. Зрештою, найкраще переглянути потреби обладнання з інженером програми для визначення оптимального лінійного продукту, що підходить для потреб додатків.