Типичная конфигурация конструкции системы движения

Линейное перемещение является центральным элементом многих движущихся механизмов, а прямой привод линейных двигателей может упростить общую конструкцию машины в таких областях применения. К другим преимуществам относится повышенная жесткость, поскольку линейные двигатели крепятся непосредственно к нагрузке.

Интеграция этих двигателей (и необходимых для них периферийных компонентов) может показаться сложной задачей, но этот процесс можно разбить на пять простых шагов. Следование этому пошаговому процессу позволит разработчикам машин и роботов получить преимущества линейных двигателей без лишних усилий и сложностей.

1. Определите тип двигателя: с железным сердечником или без него.

Первый шаг — выбор линейного двигателя из имеющихся в наличии типов.

Двигатели с железным сердечником: Двигатели с железным сердечником являются наиболее распространенными и подходят для общего применения в автоматизации. Железный сердечник относится к конструкции обмотки этого двигателя, которая состоит из пластин железного сердечника. Типичная конфигурация включает в себя одностороннюю неподвижную магнитную дорожку и подвижную обмотку двигателя или сердечник. Железный сердечник максимизирует создаваемую силу тяги и создает силу магнитного притяжения между обмоткой и магнитами.

Сила магнитного притяжения может быть эффективно использована для повышения жесткости системы линейного перемещения путем предварительной нагрузки подшипников линейного перемещения. Магнитная предварительная нагрузка также может улучшить частотную характеристику системы за счет улучшения замедления и стабилизации.

С другой стороны, сила притяжения должна быть должным образом компенсирована увеличенной несущей способностью опорных элементов и линейных подшипников. Это может ограничить свободу механического проектирования машины.

Вторая конфигурация линейного двигателя с железным сердечником состоит из пары неподвижных магнитных дорожек, расположенных по обе стороны от подвижной катушки. Эта запатентованная конструкция нивелирует эффект магнитного притяжения, обеспечивая при этом максимальную силу на единицу площади поперечного сечения. Сбалансированная конструкция снижает нагрузку на подшипники, что позволяет использовать подшипники скольжения меньшего диаметра и уменьшает шум подшипников.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 Преимущества Безжелезные двигатели: Существуют также безжелезные линейные двигатели; в обмотках этих двигателей нет железа, поэтому между элементами двигателя отсутствует притяжение.

Наиболее распространенный бесжелезный тип — это U-образный двигатель: две магнитные дорожки соединены, образуя канал, по которому перемещается обмотка двигателя (или привод). Этот двигатель идеально подходит для применений, требующих низкой пульсации скорости и высокого ускорения. Отсутствие силы притяжения и зубчатости в бесжелезной конструкции минимизирует пульсацию крутящего момента; ускорение увеличивается, поскольку обмотка относительно легкая.

Вторая конфигурация без магнитов имеет форму цилиндра. Магниты расположены внутри трубки из нержавеющей стали, а обмотка двигателя вращается вокруг цилиндра. Эта конфигурация подходит для замены шариковых винтовых передач, поскольку обеспечивает гораздо более высокие скорости и точность позиционирования при примерно тех же габаритах.

Размеры катушки и длина дорожки

Независимо от конфигурации, все обмотки линейных двигателей должны быть рассчитаны в соответствии с требованиями конкретного применения: приложенной нагрузкой, профилем перемещения цели, коэффициентом заполнения, точностью, прецизией, сроком службы и условиями эксплуатации. Совет: Обратитесь за технической поддержкой к производителям линейных двигателей и воспользуйтесь программным обеспечением для расчета размеров (которое часто является бесплатным), чтобы выбрать оптимальный тип и размер двигателя для конкретного применения.

Секции магнитных дорожек предлагаются различной длины и могут быть соединены встык для достижения необходимой длины перемещения, при этом общая длина магнита практически неограничена. Для упрощения конструкции и снижения затрат лучше всего использовать самые длинные секции магнитных дорожек, доступные у производителя.

2. Выберите энкодер.

Второй шаг при проектировании системы с линейным двигателем — выбор линейного энкодера. Наиболее распространенными являются инкрементальные линейные энкодеры с оптическими или магнитными датчиками считывания. Выберите энкодер с требуемым разрешением и точностью для конкретного применения, а также подходящий для условий эксплуатации станка.

Обратная связь от энкодера обычно передается на сервоусилитель либо в виде синусоидальной аналоговой, либо цифровой последовательности импульсов. Другой вариант — высокоскоростная последовательная обратная связь от энкодера, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных, более высокое битовое разрешение, лучшую помехоустойчивость, большую длину кабеля и исчерпывающую информацию о тревоге.

Последовательная связь осуществляется двумя способами.

Прямая связь между усилителем и энкодером возможна при использовании энкодеров, поддерживающих последовательный протокол кодирования, совместимый с усилителем.

В тех случаях, когда энкодер не имеет последовательного выхода (или когда протокол последовательного выхода несовместим с усилителем), можно использовать модуль последовательного преобразователя. В этом случае модуль принимает аналоговый сигнал от энкодера вместе с сигналом от датчика Холла, делит аналоговый сигнал на составляющие и передает эти данные последовательно на сервоусилитель. Данные датчика Холла используются при включении питания и для проверки обратной связи энкодера.

В настоящее время несколько производителей линейных энкодеров предлагают абсолютные линейные энкодеры, поддерживающие различные протоколы последовательной связи, включая проприетарные протоколы от сторонних производителей усилителей.

3. Выберите усилитель

Третий этап проектирования — выбор сервоусилителя. Усилитель должен быть правильно подобран по размеру в зависимости от двигателя.

Функция Plug and Play доступна только у поставщиков, которые производят как серводвигатели, так и усилители. Некоторые поставщики предлагают функцию Plug and Play для сокращения времени запуска и обеспечения правильной настройки.

Некоторые сервоусилители оснащены функцией автоматического распознавания двигателя и режимом без настройки, что исключает необходимость настройки сервосистемы. С помощью такого программного обеспечения технические характеристики двигателя (включая характеристики перегрузки) автоматически загружаются в сервоусилитель с двигателя при включении питания. Это исключает потенциальные ошибки пользователя при вводе технических характеристик двигателя, практически исключая риск самопроизвольного включения двигателя и фазовых ошибок.

4. Выберите опорные элементы и подшипники.

Два заключительных этапа проектирования тесно взаимосвязаны и необходимы для завершения разработки системы линейного двигателя: четвертый этап — выбор системы подшипников линейного перемещения, а пятый — проектирование опорных элементов.

В большинстве линейных моторных узлов важны два параметра выравнивания: расстояние между катушкой двигателя и магнитной дорожкой, а также расстояние между считывающей головкой энкодера и линейной шкалой. Последний критерий исключается при выборе линейного энкодера в корпусе.

Советы:

Подшипники линейного перемещения должны обеспечивать достаточную точность для соблюдения допусков на зазоры, а опорные элементы должны быть спроектированы таким образом, чтобы обеспечить надлежащее расстояние между компонентами и соответствовать требованиям параллельности линейных подшипников и энкодера.

После выполнения этих критериев выбор и проектирование подшипников и опорных элементов в конечном итоге зависят от требований к производительности машины. Для применений, требующих высокой точности и прецизионности, необходимы энкодер с высоким разрешением и высокой точностью, а также высокоточные линейные подшипники.

При выборе размеров этих подшипников следует учитывать полезную нагрузку и магнитные силы притяжения, характерные для линейных двигателей с железным сердечником. Во многих случаях опорные элементы линейных подшипников и магнитных направляющих могут быть интегрированы в раму машины.