Лінійні системи руху знаходяться всередині незліченних машин, включаючи точні системи лазерного різання, обладнання для автоматизації лабораторії, напівпровідникові машини для виготовлення, машини ЧПУ, фабричну автоматику та багато інших занадто численні, щоб перелічити. Вони варіюються від відносно простих, таких як недорогий привід сидіння в пасажирському транспортному засобі, до складної багатосайкової системи координат, укомплектованої управлінням та керуванням електронікою для позиціонування закритого циклу. Незалежно від того, наскільки проста чи складна лінійна система руху, на самому базовому рівні, у всіх вони мають одне спільне: переміщення навантаження через лінійну відстань за певний час.

Одне з найпоширеніших питань при розробці лінійної системи руху зосереджується на технології двигуна. Після того, як технологія буде обрана, двигун потрібно розміщувати, щоб задовольнити потреби прискорення навантаження, подолання тертя в системі та подолання ефекту сили тяжіння, все, зберігаючи безпечну максимальну робочу температуру. Крутний момент, швидкість, потужність та можливість позиціонування двигуна є функцією конструкції двигуна в поєднанні з приводом та управлінням.

З якого мотора я повинен почати?

Існує безліч питань додатків, які слід враховувати при розробці лінійної системи руху за допомогою певної технології двигуна. Вичерпне пояснення всього процесу виходить за межі цієї статті. Намір полягає в тому, щоб задуматися про правильні запитання під час розмови з постачальником двигуна.

Немає такого, як найкращий двигун для кожного додатка, а скоріше найкращий двигун для певного додатку. У переважній більшості додаткових додатків руху вибір буде або кроковим двигуном, двигуном постійного струму, або безчесним двигуном постійного струму. Найскладніші системи руху можуть використовувати лінійні двигуни, поєднані безпосередньо з навантаженням, уникаючи необхідності перетворення механічної потужності; У перекладі через гвинт/кульковий гвинт, коробку передач або шківа або шківа. Незважаючи на те, що максимальна точність, повторюваність та роздільна здатність можна досягти за допомогою лінійних сервосистемів безперервного приводу, вони є найвищою вартістю та складністю порівняно з поворотними двигунами. Архітектура, що використовує поворотні двигуни, набагато дешевша і буде відповідати більшості лінійних програм руху; Однак, для керування навантаженням необхідна якась засоби перетворення "обертової до ліній" (і в результаті перетворення потужності).

Сетпер, кисть та безчесні двигуни вважаються двигунами постійного струму; Однак існують тонкощі, які призведуть до того, що інженер надасть перевагу одному типу над двома двома у певному додатку. Потрібно підкреслити, що цей вибір сильно залежить від вимог до проектування системи не лише з точки зору швидкості та крутного моменту, але й вимог точності позиціонування, повторюваності та роздільної здатності. Немає ідеального двигуна для кожної програми, і всі рішення потребуватимуть дизайнерських компромісів. На самому базовому рівні всі двигуни, незалежно від того, їх називають змінним струмом або постійним струмом, пензлем, безщірками або будь -яким іншим електродвигуном з цього приводу, працюють під одним принципом фізики для генерації крутного моменту: взаємодія магнітних полів. Однак існують різкі відмінності в тому, як ці різні рухові технології реагують у конкретних додатках. Загальна продуктивність двигуна, реакція та генерація крутного моменту залежать від методу збудження поля та геометрії магнітної схеми, притаманної фізичній конструкції двигуна, контролю вхідної напруги та струму контролером/приводом та методом швидкості або зворотного зв'язку положення, якщо застосування вимагає.

Постільна терапія DC, сервоприношення та безчесні сервомоторні технології використовують постачання постійного струму для їх живлення. Для лінійних програм руху це не означає, що фіксоване джерело постійного струму може бути застосоване безпосередньо до обмоток двигуна; Електроніка потрібна для управління струмом обмотки (пов'язаного з вихідним крутним моментом) та напругою обмотки (пов'язане з швидкістю виходу). Нижче наведено підсумок сильних та слабких сторін 3 технологій.

Конструкція лінійної системи починається з маси навантаження та того, наскільки швидко необхідна маса, щоб пройти від точки А до точки В. Тип двигуна, розмір та механічна конструкція починаються з потужності (ват), необхідних для переміщення навантаження. Починаючи з навантаження і в кінцевому рахунку працюючи назад через усі компоненти джерела живлення приводу, аналіз - це низка кроків, щоб зрозуміти перетворення електроенергії з однієї частини системи в іншу, розглядаючи різну ефективність компонентів між ними. Ватт у вигляді напруги та струму в привід в кінцевому підсумку перетвориться на механічні вихідні вати, що переміщують задане навантаження за певну кількість часу.

Для того, щоб отримати вказівку на вихідну потужність, необхідну при навантаженні, простий розрахунок потужності допоможе Ballpark двигун. Після розуміння необхідної середньої потужності вихідної потужності закінчіть аналіз вимог до потужності, працюючи до двигуна та проїжджайте через різні елементи перетворення потужності. Дані виробників повинні посилатися на врахування ефективності різних компонентів, оскільки це в кінцевому підсумку визначатиме розмір двигуна та джерела живлення. Це особисті переваги щодо того, з якими підрозділами працювати, але підрозділи SI настійно рекомендуються. Робота в підрозділах SI дозволяє уникнути необхідності запам'ятати кілька констант перетворення, а кінцевий результат завжди може бути перетворений назад на англійські одиниці.

Скільки сили потрібно для переміщення навантаження в необхідний час?

9-кілометрова маса, піднята проти гравітації, потребуватиме сили близько 88n. Обчислення Ватт, необхідних для переміщення навантаження, забезпечить вихідну точку для визначення компонентів у решті системи. Це середня потужність, необхідна для переміщення маси 9 кг вертикально з точки А до точки В за 1 секунду. Втрати системи, такі як тертя, не включаються. Потрібна потужність вала двигуна буде дещо вища і залежить від інших компонентів, що використовуються в системі, таких як коробка передач та свинцевий гвинт.

P = (f × s) / t

P = (88n × 0,2 м) / 1,0s = 17,64 Вт

Це відрізняється від пікової потужності, яка знадобиться від системи. Після врахування прискорення та уповільнення, миттєва потужність під час переміщення буде дещо вищим; Однак середня вихідна потужність, необхідна при навантаженні, становить близько 18 Вт. Після ретельного аналізу всіх компонентів, подібній системі, як ця, знадобиться близько 37 Вт пікової сили для виконання роботи. Ця інформація, поряд з різними іншими специфікаціями додатків, тепер допоможе вибрати найбільш підходящу технологію двигуна.

Яку моторну технологію я повинен вважати?

Відмінна здатність позиціонування та відносно прості елементи керування змусили дизайнера спочатку подивитися на можливість використання крокового мотора. Однак кроковий двигун не відповідав би вимогам невеликого механічного сліду під час задоволення вимог навантаження. Пікова потреба в потужності 37 Вт потребує дуже великого крокового двигуна. Хоча крокові двигуни мають дуже високий крутний момент на низьких швидкостях, пікова швидкість і, таким чином, потреба в потужності профілю руху перевищує можливість всіх, крім найбільших крокових двигунів.

Сервомотор DC Brush DC відповідав би вимогам для навантаження, невеликим механічним слідом і матиме дуже плавне обертання на низьких швидкостях; Однак через суворі вимоги до ЕМС, мабуть, найкраще уникнути двигуна пензля для цього конкретного застосування. Це було б менш дорогою альтернативою порівняно з безчесною системою, але це може створити труднощі при прийнятті будь -яких суворих вимог ЕМС.

Двигун постійного струму за допомогою синусоїдальної системи приводу буде першим вибором для задоволення всіх вимог додатків, включаючи профіл навантаження та руху (висока щільність потужності); гладкий рух без гвинтів на низьких швидкостях; і невеликий механічний слід. У цьому випадку все ще буде потенціал підпису EMI через високу частоту перемикання електроніки приводу; Однак це можна пом'якшити за допомогою лінійної фільтрації через більш вузьку діапазон частот. Двигун DC Brush демонструє більш широкий підпис EMI, що робить його складнішим для фільтрації.

Розміщення двигуна - це лише початок

Ця стаття була короткою дискусією, щоб ознайомити дизайнера з різними міркуваннями при виборі моторної технології для відносно простого лінійного руху. Хоча принципи ідентичні для більш складної системи, такої як таблиця XY або багатосайтний точний механізм вибору та місця, кожну вісь потрібно буде проаналізувати для навантаження незалежно. Ще одне врахування поза межами цієї статті - це те, як вибрати відповідний коефіцієнт безпеки, щоб задовольнити бажане термін експлуатації системи (кількість циклів). Життя системи - це не лише функція розміру двигуна, а й інші механічні елементи в системі, такі як коробка передач та свинцевий гвинт. Інші фактори, такі як точність позиціонування, роздільна здатність, повторюваність, максимальний рулон, крок та позіхання тощо, є важливими міркуваннями, щоб забезпечити, щоб лінійна система руху відповідала або перевищує цілі програми.