תצורה אופיינית של תכנון מערכת תנועה

תנועה לינארית היא מרכזית במכונות נעות רבות, ואופי ההנעה הישירה של מנועים ליניאריים יכול לפשט את תכנון המכונה הכולל ביישומים אלה. יתרונות נוספים כוללים קשיחות משופרת, מכיוון שמנועים ליניאריים מקובעים ישירות לעומס.

שילוב המנועים הללו (והרכיבים ההיקפיים הנדרשים להם) יכול להיראות מרתיע, אך ניתן לחלק את התהליך לחמישה שלבים פשוטים. ביצוע תהליך שלב אחר שלב זה מאפשר לבוני מכונות ורובוטים לקצור יתרונות של מנועים ליניאריים ללא מאמץ או מורכבות מיותרים.

1. קביעת סוג המנוע: ליבת ברזל לעומת מנוע ללא ברזל

הצעד הראשון הוא לבחור את המנוע הליניארי מהסוגים הזמינים.

מנועים בעלי ליבת ברזל: מנועים בעלי ליבת ברזל הם הנפוצים ביותר, ומתאימים ליישומי אוטומציה כלליים. ליבת ברזל מתייחסת למבנה הסליל של מנוע זה, המורכב מלמינציות ליבת ברזל. תצורה אופיינית מורכבת ממסלול מגנט נייח חד-צדדי וסליל מנוע נע או מגדש. ליבת הברזל ממקסמת את כוח הדחף שנוצר, ויוצרת כוח משיכה מגנטי בין הסליל למגנטים.

ניתן להשתמש בכוח משיכה מגנטי זה כדי להגביר ביעילות את קשיחות מערכת ההנחיה הליניארית על ידי טעינה מוקדמת של מיסבי התנועה הליניארית. טעינה מוקדמת מגנטית יכולה גם להגביר את תגובת התדר של המערכת על ידי שיפור ההאטה וההתייצבות.

מצד שני, יש לתמוך כראוי בכוח המשיכה על ידי קיבולת עומס מוגברת של רכיבי תמיכה ומיסבים ליניאריים. דבר זה עלול לפגוע בחופש התכנון המכני של המכונה.

תצורת מנוע ליניארי שנייה בעלת ליבת ברזל מורכבת מזוג מסלולי מגנט נייחים הממוקמים משני צידי הסליל הנע. מבנה פטנטי זה מבטל את השפעות המשיכה המגנטית תוך אספקת הכוח הגבוה ביותר לכל שטח חתך. העיצוב המאוזן מפחית את עומס המיסב, ומאפשר שימוש במיסבים ליניאריים קטנים יותר ומפחית את רעש המיסב.

יתרונות של Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 מנועים ללא ברזל: קיימים גם מנועים ליניאריים ללא ברזל; למנועים אלה אין ברזל בסלילים שלהם, כך שאין משיכה בין חלקי המנוע.

הסוג הנפוץ ביותר ללא ברזל הוא תעלת U: שני מסילות מגנטיות מחוברות ליצירת תעלה שבה נע סליל המנוע (או הכוח). מנוע זה אידיאלי עבור יישומים הדורשים אדוות במהירות נמוכה ותאוצה גבוהה. כוח המשיכה האפס והאופי ללא גלגל שיניים של המבנה ללא הברזל ממזערים את אדוות המומנט; התאוצה מוגברת מכיוון שהסליל קל יחסית.

תצורה שנייה ללא ברזל היא בצורת גליל. מגנטים מוערמים בתוך צינור נירוסטה, וסליל המנוע נע סביב הגליל. תצורה זו מתאימה בעת החלפת ברגי כדור, מכיוון שהיא מייצרת מהירויות גבוהות בהרבה ודיוק מיקום בערך באותו תחום.

גודל סליל ואורך מסלול

ללא קשר לתצורה, כל סלילי המנוע הליניארי צריכים להיות בגודל בהתאם לדרישות היישום: עומס מופעל, פרופיל תנועה יעד, מחזור עבודה, דיוק, רמת דיוק, אורך חיים וסביבת הפעלה. טיפ: גייס תמיכה טכנית מיצרני מנועים ליניאריים ותוכנות שינוי גודל (שבדרך כלל הן בחינם) כדי לבחור את סוג וגודל המנוע הטובים ביותר עבור יישום מסוים.

מקטעי מסילה מגנט מוצעים במספר אורכים וניתן לערום אותם קצה לקצה כדי להשיג את אורך המהלך היעד, כאשר אורך המגנט הכולל הוא כמעט בלתי מוגבל. כדי לפשט את התכנון ולהפחית עלויות, עדיף להשתמש במקטעי מסילה מגנט באורך הארוך ביותר הזמינים מהיצרן.

2. בחרו מקודד

השלב השני בתכנון מערכת מנוע ליניארית הוא בחירת המקודד הליניארי. הנפוצים ביותר הם מקודדים ליניאריים מצטברים עם חיישני ראש קריאה אופטיים או מגנטיים. בחרו מקודד בעל הרזולוציה והדיוק הנדרשים עבור היישום, וכזה שמתאים לסביבת המכונה.

משוב מקודד נשלח בדרך כלל בחזרה למגבר הסרוו באמצעות רכבת פולסים אנלוגית סינוסואידלית או דיגיטלית. אפשרות נוספת היא משוב מקודד טורי במהירות גבוהה - המספק קצבי נתונים גבוהים יותר, רזולוציית סיביות גבוהה יותר, חסינות גדולה יותר לרעש, אורכי כבלים ארוכים יותר ומידע מקיף על התרעות.

תקשורת טורית מתחברת בשתי דרכים.

תקשורת ישירה בין המגבר למקודד אפשרית עם מקודדים הכוללים פרוטוקול מקודד טורי התואם למגבר.

כאשר למקודד אין פלט טורי (או כאשר פרוטוקול הפלט הטורי אינו תואם למגבר) ניתן להשתמש במודול ממיר טורי. במקרה זה, המודול מקבל אות אנלוגי מהמקודד יחד עם אות חיישן הול, מחלק את האות האנלוגי ומשדר את נתוני האות הללו באופן טורי למגבר הסרוו. נתוני חיישן הול משמשים בעת ההפעלה ולאימות משוב המקודד.

מספר יצרני מקודדים ליניאריים מציעים כיום מקודדים ליניאריים מוחלטים התומכים במגוון פרוטוקולי תקשורת טורית, כולל פרוטוקולים קנייניים של יצרני מגברים של צד שלישי.

3. בחר את המגבר

השלב השלישי בתהליך התכנון הוא בחירת מגבר הסרוו. יש להתאים את גודל המגבר בצורה נכונה למנוע.

"חבר והפעל" היא תכונה שניתן להציע רק על ידי ספקים המייצרים גם מנועי סרוו וגם מגברים. חלק מהספקים מספקים "חבר והפעל" כדי להפחית את זמן האתחול ולהבטיח תצורה נכונה.

חלק ממגברי הסרוו כוללים זיהוי מנוע אוטומטי ומצב ללא כוונון, אשר מבטלים את הצורך בכוונון מערכת הסרוו. בעזרת תוכנה זו, מפרטי המנוע (כולל מאפייני עומס יתר) מועלים אוטומטית למגבר הסרוו מהמנוע בעת ההפעלה. זה מסיר שגיאות משתמש פוטנציאליות בעת הזנת מפרטי המנוע, ומבטל כמעט לחלוטין את הסיכון לפריצות מנוע ושגיאות פאזה.

4. בחירת חלקי תמיכה ומיסבים

שני שלבי התכנון הסופיים הולכים יד ביד להשלמת תכנון מערכת המנוע הליניארי: השלב הרביעי הוא בחירת מערכת מיסב תנועה ליניארית, והחמישי הוא תכנון חלקי התמיכה.

ישנם שני יישורים חשובים ברוב מכלולי המנועים הליניאריים: מרחק הפער בין המנוע למגנט בין הסליל למסלול המגנט, ומרחק הפער בין ראש הקריאה של המקודד לסקאלה הליניארית. הקריטריון האחרון מבוטל בעת בחירת מקודד ליניארי סגור.

טיפים:

מיסבי התנועה הליניארית צריכים לספק דיוק מספיק כדי לעמוד בסבולות הפער, בעוד שרכיבי התמיכה צריכים להיות מתוכננים כך שיהיו בעלי מרווח נכון בין הרכיבים ויעמדו בדרישות המקבילות של המיסבים הליניאריים והמקודד.

לאחר עמידה בקריטריונים אלה, הבחירה והתכנון של המיסבים וחלקי התמיכה תלויים בסופו של דבר בדרישות הביצועים של המכונה. יישומים הדורשים דיוק מדויק גבוהים זקוקים למקודד ברזולוציה גבוהה ודיוק גבוה, בנוסף למיסבים ליניאריים בדיוק גבוה.

בעת קביעת גודל המיסבים הללו, יש לקחת בחשבון את המטען ואת כוחות המשיכה המגנטיים הקשורים למנועים ליניאריים בעלי ליבת ברזל. במקרים רבים, חלקי התמיכה של המיסבים הליניאריים ומסילות המגנט יכולים להיות חלק בלתי נפרד משלדת המכונה.