Лінійні двигуни переосмислили можливості керування рухом завдяки швидшій, точнішій і надійнішій роботі порівняно з традиційними лінійними приводами з приводом від обертового двигуна. Унікальна властивість лінійного двигуна полягає в тому, що вантаж переміщується без механічних елементів передачі енергії. Натомість лінійна сила, що створюється магнітним полем котушки двигуна, безпосередньо пов’язана з навантаженням. Це усуває механічні пристрої, які перетворюють обертовий рух на лінійний, таким чином підвищуючи термін служби системи, точність, швидкість і загальну продуктивність.

Оскільки зростає попит на підвищення продуктивності, вищу якість продукції, швидкий час розробки та зниження витрат на проектування, впровадження технології лінійних двигунів стає все більш популярним завдяки використанню модульних конструкцій лінійних двигунів. Вони використовуються в метрології, системах точного різання, обладнанні для виробництва напівпровідників та електроніки, роботі з пластинами, літографії, системах огляду, медичному обладнанні та пристроях, системах тестування, аерокосмічній промисловості та обороні, автоматизації складальних конвеєрів, поліграфічних і пакувальних додатках та багатьох інших сферах застосування. які вимагають високої пропускної здатності та високоточного лінійного руху.

Компоненти конструкції лінійного двигуна мають бути оброблені та зібрані з високою точністю та повторюваними процесами. Правильне вирівнювання цих частин має вирішальне значення та вимагає значних деталей проектування та навичок складання.

Сьогодні нове покоління модульних лінійних двигунів змінило гру. Модульні лінійні двигуни «під ключ» можна легко прикріпити до системи та одразу готові до роботи, що значно скорочує час розробки. Тепер інженери можуть використовувати потужні переваги технології модульних лінійних двигунів у своїх конструкціях машин за лічені дні, а не за місяці чи навіть роки.

Дев'ять основних компонентів складають системи лінійного двигуна:

1. Основна плита
2. Моторна котушка
3. Постійна магнітна доріжка (зазвичай неодимові магніти)
4. Каретка, яка з’єднує котушку двигуна з навантаженням
5. Лінійні несучі рейки, по яких ведеться каретка і з’єднуються з основою
6. Лінійний кодер для зворотного зв'язку позиції
7. Кінцеві зупинки
8. Кабельна траса
9. Додатковий сильфон для захисту магнітної доріжки, кодера та лінійних рейок від забруднення навколишнього середовища.

КОНТУР КЕРУВАННЯ

Компоненти конструкції лінійного двигуна мають бути оброблені та зібрані з високою точністю та повторюваними процесами. Правильне вирівнювання цих частин має вирішальне значення та вимагає значних деталей проектування та навичок складання. Наприклад, магнітна доріжка та рухома котушка двигуна мають бути плоскими, паралельними та встановленими з певним повітряним зазором між ними. Рухома котушка рухається на каретці, з’єднаній з паралельними точними лінійними опорними рейками над магнітною доріжкою. Датчик положення з лінійною шкалою та зчитувальною головкою є ще однією важливою частиною лінійного двигуна, яка вимагає належних процедур вирівнювання та надійної монтажної конструкції, щоб витримувати прискорення до 5 Gs. З модульними лінійними двигунами ці деталі вже враховані та сконструйовані з коробки.

Модульні системи лінійного двигуна, такі як показана, використовуються, коли потрібен точний, високошвидкісний і повторюваний лінійний рух. Система є альтернативою кульково-гвинтовим приводам, приводам із ременем і рейковою передачею.

Для керування рухом лінійного двигуна використовуються складні контролери руху та сервоприводи. Лінійні двигуни мають певну перевагу щодо жорсткості та частотної характеристики. У певних частотних діапазонах вони демонструють жорсткість, яка перевершує традиційні кулькові гвинти в 10 або більше разів. Завдяки цьому атрибуту лінійні двигуни можуть працювати з високою смугою пропускання петлі положення та швидкості з вражаючою точністю, навіть із зовнішніми перешкодами. На відміну від кулькових гвинтів, які часто стикаються з резонансними частотами від 10 до 100 Гц, лінійні двигуни працюють на більш високих частотах, розміщуючи їхні резонанси далеко за межами смуги петлі положення.

Однак є компроміс, пов’язаний із видаленням механічної трансмісії. Механічні компоненти, як-от кулькові гвинти, допомагають зменшити збурення від машинних сил, власних резонансних частот або вібрацій поперечної осі. Їх усунення робить лінійні двигуни безпосередньо підданими таким збоям. Отже, компенсація цих збурень стає обов’язком контролера руху та електроніки приводу, які повинні впоратися з ними прямо — діючи безпосередньо на вісь сервоприводу. Ось тут і вступають у гру сучасні складні алгоритми замкнутого циклу руху, щоб усунути резонанс і забезпечити чудове керування петлею позиції.

У сфері лінійних приводів лінійні двигуни забезпечують виняткову технічну майстерність. Здатність двигунів демонструвати виняткову жорсткість і працювати на вищих частотах відрізняє їх від традиційних альтернатив. Заперечуючи резонансні частоти та зберігаючи високу точність навіть за наявності зовнішніх збоїв, лінійні двигуни пропонують переконливе рішення.

Тим не менш, відсутність механічної трансмісії вимагає надійних стратегій компенсації для протидії перешкодам, забезпечуючи постійну продуктивність і надійність системи. Частоти дискретизації контролера руху для петель швидкості та позиції зазвичай починаються з 5 кГц. Вісь лінійного двигуна може мати ширину смуги петлі позиціонування в п’ять-десять разів більшу, ніж у звичайної осі обертового двигуна, де прийнятними є частоти 1 або 2 кГц. Деякі поточні контролери руху можуть отримувати частоту дискретизації 20 кГц або більше, що забезпечує надшвидкісний контроль зворотного зв’язку та надточне керування траєкторією.

Оскільки більшість виробників модульних лінійних двигунів також є експертами з управління рухом і сервоприводами, багато проблем із контурами керування та проблемами механічного резонансу також були добре продумані, а також надано рішення та інструменти для пом’якшення цих проблем.

ЗАСТОСУВАННЯ ЛІНІЙНОГО ДВИГУНА

Я отримав цінний досвід використання лінійних двигунів багато років тому, коли команда інженерів розпочала революційний проект: створити першу в світі машину для лазерного різання на основі лінійного двигуна. Використання лінійних двигунів було ідеальним підходом, щоб підірвати галузь, оскільки традиційні технології лінійних приводів, що приводяться в рух обертовими серводвигунами, не можуть забезпечити високопродуктивні можливості, досягнуті з лінійними двигунами.

Впровадження технології було непростим завданням. Заглиблюючись у проект, ми зрозуміли, що наша програма потребує специфікацій продуктивності лінійного двигуна, які не були комерційно доступними. Не злякавшись, ми вирішили розробити лінійні двигуни спеціально для нашого застосування.

Ми зіткнулися з численними труднощами, оскільки нам потрібно було рухати портальну систему вагою 1000 фунтів зі швидкістю 2,5 м/с із прискоренням 1,5 G, тобто нам довелося розробити лінійний двигун, який міг би створювати надзвичайні сили. Наша команда була наполегливою, витрачаючи незліченну кількість годин на дослідження та розробки, поки ми нарешті не розробили лінійний двигун, який міг би задовольнити вимоги нашої машини для лазерного різання. Це був момент для гордості, коли через 14 місяців ми нарешті побачили наші лінійні двигуни в дії, які приводили в рух портальну систему з неймовірною швидкістю, легкістю та точністю. Досягнута продуктивність була безпрецедентною. Чудово подумати про те, наскільки швидше можна було б реалізувати нашу концепцію машини, якби тоді були доступні модульні лінійні двигуни «під ключ».

Технологія лінійних двигунів значно розвинулася з тих пір, як ми розпочали проектування лінійних двигунів у 90-х. З появою нових модульних конструкцій потенціал для інновацій і прогресу в дизайні руху та лінійних двигунах стає більшим, ніж будь-коли. Модульні лінійні двигуни переосмислюють те, що можливо, з швидшими, точнішими та надійнішими можливостями керування рухом, які можна швидко розгортати для широкого спектру застосувань у багатьох галузях промисловості.