Революция в управлении движением с помощью линейных двигателей

Jun 29, 2023

Линейные двигатели переосмыслили возможности управления движением, обеспечивая более быструю, точную и надежную работу по сравнению с традиционными линейными приводами с вращающимся двигателем. Уникальное свойство линейного двигателя заключается в том, что нагрузка перемещается без компонентов механической передачи энергии. Вместо этого линейная сила, создаваемая магнитным полем катушки двигателя, напрямую связана с нагрузкой. Это устраняет необходимость в механических устройствах, которые преобразуют вращательное движение в линейное, тем самым увеличивая срок службы, точность, скорость и общую производительность системы.

По мере роста спроса на повышенную производительность, более высокое качество продукции, сокращение времени разработки и снижение затрат на проектирование, внедрение технологии линейных двигателей становится все более популярным за счет использования модульных конструкций линейных двигателей. Они используются в метрологии, прецизионных системах резки, оборудовании для производства полупроводников и электроники, обработке пластин, литографии, системах визуального контроля, медицинском оборудовании и устройствах, испытательных системах, аэрокосмической и оборонной промышленности, автоматизации сборочных линий, печати и упаковке и во многих других приложениях. которые требуют высокой производительности и высокой точности линейного перемещения.

Сегодня новое поколение модульных линейных двигателей изменило правила игры. Модульные линейные двигатели «под ключ» можно легко прикрепить болтами к системе и сразу же готовы к работе, что значительно сокращает время проектирования. Теперь инженеры могут использовать мощные преимущества технологии модульных линейных двигателей в своих конструкциях машин за считанные дни, а не месяцы или даже годы.

Девять основных компонентов составляют системы линейных двигателей:

Базовая пластина

Катушка двигателя

Постоянная магнитная дорожка (обычно неодимовые магниты)

Каретка, соединяющая катушку двигателя с нагрузкой

Линейные несущие рельсы, по которым направляется каретка и которые соединяются с основанием.

Линейный энкодер для обратной связи по положению

Конечные остановки

Кабельная трасса

Дополнительные сильфоны для защиты магнитной направляющей, энкодера и линейных направляющих от загрязнения окружающей среды.

Компоненты конструкции линейного двигателя должны быть обработаны и собраны с высокой точностью и повторяемыми процессами. Правильное выравнивание этих деталей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки. Например, магнитная дорожка и движущаяся катушка двигателя должны быть плоскими, параллельными и установлены с определенным воздушным зазором между ними. Подвижная катушка перемещается на каретке, соединенной с параллельными прецизионными линейными направляющими над магнитной дорожкой. Энкодер положения с линейной шкалой и считывающей головкой — еще одна важная часть линейного двигателя, требующая правильных процедур центровки и прочной конструкции крепления, чтобы выдерживать ускорения до 5 G. В модульных линейных двигателях эти детали уже учтены и спроектированы «из коробки».

Для управления движением линейного двигателя используются сложные контроллеры движения и сервоприводы. Линейные двигатели имеют определенное преимущество в отношении жесткости и частотной характеристики. В определенных диапазонах частот они демонстрируют жесткость, которая превосходит традиционные ШВП в 10 и более раз. Благодаря этому свойству линейные двигатели могут работать с широким диапазоном регулирования положения и скорости с впечатляющей точностью, даже при внешних возмущениях. В отличие от шарико-винтовых пар, резонансные частоты которых часто находятся в диапазоне от 10 до 100 Гц, линейные двигатели работают на более высоких частотах, в результате чего их резонанс выходит далеко за пределы полосы пропускания контура регулирования положения.

Однако существует компромисс, связанный с удалением механической трансмиссии. Механические компоненты, такие как шарико-винтовые передачи, помогают уменьшить помехи, вызванные машинными силами, собственными резонансными частотами или поперечными вибрациями. Их устранение делает линейные двигатели непосредственно подверженными таким сбоям. Следовательно, компенсация этих возмущений становится обязанностью контроллера движения и приводной электроники, которая должна бороться с ними в лоб, действуя непосредственно на сервоось. Именно здесь в игру вступают современные сложные алгоритмы движения с обратной связью, позволяющие устранить резонансы и обеспечить превосходное управление контуром положения.