Lineaarimoottorit ovat mullistaneet liikkeenohjauksen mahdollisuudet tarjoamalla nopeamman, tarkemman ja luotettavamman suorituskyvyn perinteisiin, pyöriviin moottorikäyttöisiin lineaaritoimilaitteisiin verrattuna. Lineaarimoottorin ainutlaatuinen ominaisuus on, että kuormaa liikutetaan ilman mekaanisia voimansiirtokomponentteja. Sen sijaan moottorin kelan magneettikentän synnyttämä lineaarinen voima kytketään suoraan kuormaan. Tämä poistaa mekaaniset laitteet, jotka muuntavat pyörimisliikkeen lineaariseksi, mikä parantaa järjestelmän käyttöikää, tarkkuutta, nopeutta ja yleistä suorituskykyä.

Koska kysyntä lisääntyneelle tuottavuudelle, korkeammalle tuotelaadulle, nopeammalle kehitysajalle ja alhaisemmille suunnittelukustannuksille kasvaa, lineaarimoottoriteknologian käyttöönotto on yhä suositumpaa hyödyntämällä modulaarisia lineaarimoottorirakenteita. Niitä löytyy metrologiasta, tarkkuusleikkausjärjestelmistä, puolijohde- ja elektroniikkavalmistuslaitteista, kiekkojen käsittelystä, litografiasta, konenäköjärjestelmistä, lääketieteellisistä laitteista ja instrumenteista, testausjärjestelmistä, ilmailu- ja puolustusteollisuudesta, kokoonpanolinjojen automaatiosta, paino- ja pakkaussovelluksista sekä monista muista sovelluksista, jotka vaativat suurta läpivirtauskapasiteettia ja tarkkaa lineaariliikettä.

Lineaarimoottorin komponentit on koneistettava ja koottava erittäin tarkasti ja toistettavissa prosesseissa. Näiden osien asianmukainen kohdistus on kriittistä ja vaatii merkittäviä suunnittelutietoja ja kokoonpanotaitoja.

Nykyään uuden sukupolven modulaariset lineaarimoottorit ovat mullistaneet alan. Avaimet käteen -periaatteella toimivat modulaariset lineaarimoottorit voidaan helposti pultata järjestelmään, ja ne ovat heti käyttövalmiita, mikä lyhentää merkittävästi suunnitteluaikaa. Insinöörit voivat nyt hyödyntää modulaarisen lineaarimoottoriteknologian tehokkaita etuja konesuunnittelussaan vain muutamassa päivässä kuukausien tai jopa vuosien sijaan.

Lineaarimoottorijärjestelmät koostuvat yhdeksästä pääkomponentista:

1. Pohjalevy
2. Moottorin käämi
3. Pysyvä magneettirata (yleensä neodyymimagneetit)
4. Vaunu, joka yhdistää moottorin käämin kuormaan
5. Lineaariset laakerikiskot, joilla vaunu ohjataan ja jotka on yhdistetty alustaan
6. Lineaarinen enkooderi paikanpalautetta varten
7. Päätypysäyttimet
8. Kaapelirata
9. Valinnainen palje suojaa magneettirataa, enkooderia ja lineaarikiskoja ympäristön saastumiselta.

OHJAUSSILMUKKA

Lineaarimoottorin komponentit on koneistettava ja koottava erittäin tarkasti ja toistettavissa prosesseissa. Näiden osien asianmukainen kohdistus on kriittistä ja vaatii merkittäviä suunnittelutietoja ja kokoonpanotaitoja. Esimerkiksi magneettikiskon ja liikkuvan moottorin kelan on oltava tasaisia, yhdensuuntaisia ​​ja asennettu siten, että niiden väliin jää tietty ilmarako. Liikkuva kelkka kulkee kelkalla, joka on yhdistetty magneettikiskon yläpuolella oleviin yhdensuuntaisiin tarkkuuslineaarilaakerikiskoihin. Lineaariasteikolla ja lukupäällä varustettu asentoanturi on toinen lineaarimoottorin kriittinen osa, joka vaatii asianmukaiset kohdistusmenettelyt ja vankan kiinnitysrakenteen kestämään jopa 5 G:n kiihtyvyydet. Modulaarisissa lineaarimoottoreissa nämä yksityiskohdat on jo otettu huomioon ja suunniteltu valmiiksi suoraan pakkauksesta.

Esitetyn kaltaisia ​​modulaarisia lineaarimoottorijärjestelmiä käytetään silloin, kun tarvitaan tarkkaa, nopeaa ja toistettavaa lineaariliikettä. Järjestelmä on vaihtoehto kuularuuvi-, hihna- ja hammastankotoimilaitteille.

Lineaarimoottorin liikkeen ohjaamiseen käytetään kehittyneitä liikeohjaimia ja servokäyttöjä. Lineaarimoottoreilla on selvä etu jäykkyyden ja taajuusvasteen suhteen. Tietyillä taajuusalueilla niiden jäykkyys ylittää perinteiset kuularuuvit huomattavasti, jopa kymmenkertaisesti. Tämän ominaisuuden ansiosta lineaarimoottorit pystyvät käsittelemään suuria asento- ja nopeussilmukan kaistanleveyksiä vaikuttavalla tarkkuudella, jopa ulkoisten häiriöiden sattuessa. Toisin kuin kuularuuvit, joiden resonanssitaajuudet ovat usein 10–100 Hz, lineaarimoottorit toimivat korkeammilla taajuuksilla, jolloin niiden resonanssit ulottuvat selvästi asentosilmukan kaistanleveyden ulkopuolelle.

Mekaanisen voimansiirron poistamiseen liittyy kuitenkin kompromissi. Mekaaniset komponentit, kuten kuularuuvit, auttavat vähentämään konevoimien, luonnollisten resonanssitaajuuksien tai poikkiakselin värähtelyjen aiheuttamia häiriöitä. Niiden poistaminen jättää lineaarimoottorit suoraan alttiiksi tällaisille häiriöille. Näin ollen näiden häiriöiden kompensoinnista tulee liikkeenohjaimen ja käyttöelektroniikan vastuulla, joiden on puututtava niihin suoraan – vaikuttamalla suoraan servoakseliin. Tässä kohtaa nykypäivän hienostuneet suljetun silmukan liikealgoritmit tulevat mukaan kuvaan resonanssien poistamiseksi ja merkittävän asentosilmukan säädön tarjoamiseksi.

Lineaaritoimilaitteiden alalla lineaarimoottorit tarjoavat poikkeuksellista teknistä osaamista. Moottoreiden kyky olla erittäin jäykkä ja toimia korkeammilla taajuuksilla erottaa ne perinteisistä vaihtoehdoista. Uhmaamalla resonanssitaajuuksia ja säilyttämällä suuren tarkkuuden jopa ulkoisten häiriöiden läsnä ollessa lineaarimoottorit tarjoavat vakuuttavan ratkaisun.

Mekaanisen voimansiirron puuttuminen edellyttää kuitenkin vankkoja kompensointistrategioita häiriöiden torjumiseksi ja järjestelmän jatkuvan suorituskyvyn ja luotettavuuden varmistamiseksi. Liikesäätimen näytteenottotaajuudet nopeus- ja paikkasilmukoille alkavat tyypillisesti 5 kHz:stä. Lineaarimoottoriakselin paikkasilmukan kaistanleveys voi olla viisi–kymmenen kertaa suurempi kuin perinteisellä pyörivällä moottorilla käytettävällä akselilla, jossa 1 tai 2 kHz:n taajuudet ovat hyväksyttäviä. Jotkut nykyiset liikesäätimet voivat olla 20 kHz:n tai suurempia näytteenottotaajuuksia, mikä mahdollistaa erittäin nopean takaisinkytkentäohjauksen ja erittäin tarkan radan ohjauksen.

Koska useimmat modulaaristen lineaarimoottoreiden valmistajat ovat myös liikkeenohjauksen ja servotekniikan asiantuntijoita, monet ohjaussilmukan haasteet ja mekaanisen resonanssin ongelmat on myös harkittu huolellisesti, ja näiden haasteiden lieventämiseksi tarjotaan ratkaisuja ja työkaluja.

LINEAARIMOOTTORISOVELLUS

Sain arvokasta kokemusta lineaarimoottoreista vuosia sitten insinööritiimin kanssa, joka aloitti mullistavan projektin: maailman ensimmäisen lineaarimoottoriin perustuvan laserleikkauskoneen luomisen. Lineaarimoottorien käyttö oli täydellinen ratkaisu alan mullistamiseen, sillä perinteiset pyörivien servomoottorien ohjaamat lineaaritoimilaiteteknologiat eivät kyenneet tarjoamaan lineaarimoottoreilla saavutettavia tehokkaita ominaisuuksia.

Teknologian käyttöönotto ei ollut helppo tehtävä. Projektin syventyessämme huomasimme, että sovelluksemme vaati lineaarimoottorin suorituskykyvaatimuksia, joita ei ollut kaupallisesti saatavilla. Lannistumatta päätimme suunnitella lineaarimoottorit erityisesti sovellukseemme.

Kohtasimme lukuisia haasteita, sillä meidän piti siirtää 450 kg:n painoista portaalijärjestelmää 2,5 m/s nopeudella ja 1,5 G:n kiihtyvyydellä. Tämä tarkoitti, että meidän piti suunnitella lineaarimoottori, joka kykenisi tuottamaan äärimmäisiä voimia. Tiimimme sinnitteli ja käytti lukemattomia tunteja tutkimukseen ja kehitykseen, kunnes lopulta kehitimme lineaarimoottorin, joka kykeni täyttämään laserleikkauskoneemme vaatimukset. Oli ylpeä hetki, kun 14 kuukautta myöhemmin näimme lineaarimoottorimme toiminnassa ja ne kuljettivat portaalijärjestelmää uskomattoman nopeasti, helposti ja tarkasti. Saavutettu suorituskyky oli ennennäkemätön. On huomionarvoista ajatella, kuinka paljon nopeammin konekonseptimme olisi voitu toteuttaa, jos avaimet käteen -periaatteella toimivia modulaarisia lineaarimoottoreita olisi ollut saatavilla tuolloin.

Lineaarimoottoriteknologia on kehittynyt huomattavasti siitä, kun aloitimme lineaarimoottoreiden suunnittelun 90-luvulla. Uusien modulaaristen mallien myötä liikesuunnittelun ja lineaarimoottoreiden innovaatio- ja kehityspotentiaali on suurempi kuin koskaan. Modulaariset lineaarimoottorit määrittelevät uudelleen sen, mikä on mahdollista, nopeammilla, tarkemmilla ja luotettavammilla liikkeenohjausominaisuuksilla, joita voidaan ottaa nopeasti käyttöön monenlaisissa sovelluksissa monilla teollisuudenaloilla.