Типичная конфигурация конструкции системы движения

Линейное движение играет ключевую роль во многих подвижных механизмах, и прямой привод линейных двигателей может упростить общую конструкцию машины в этих приложениях. К другим преимуществам относится повышенная жёсткость, 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. Следуя этому пошаговому процессу, разработчики машин и роботов смогут воспользоваться всеми преимуществами линейных двигателей без лишних усилий и сложностей.

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

Первый шаг — выбор линейного двигателя из доступных типов.

Двигатели с железным сердечником: Двигатели с железным сердечником наиболее распространены и подходят для общих автоматизированных систем. Конструкция катушки двигателя с железным сердечником определяется пластинами железного сердечника. Типичная конфигурация включает односторонний неподвижный магнитный путь и подвижную катушку двигателя (или индуктор). Железный сердечник максимизирует генерируемую тягу и создает магнитное притяжение между катушкой и магнитами.

Эта сила магнитного притяжения может быть использована для эффективного повышения жёсткости системы линейного перемещения путём предварительного натяжения подшипников линейного перемещения. Магнитное предварительное натяжение также может улучшить частотную характеристику системы, улучшая замедление и стабилизацию.

С другой стороны, сила притяжения должна быть надлежащим образом поддержана повышенной грузоподъёмностью опорных элементов и линейных подшипников. Это может ограничить свободу конструктивного исполнения машины.

Вторая конфигурация линейного двигателя с железным сердечником состоит из пары неподвижных магнитных дорожек, расположенных по обе стороны от подвижной катушки. Эта запатентованная конструкция нейтрализует эффект магнитного притяжения, обеспечивая максимальную силу на единицу площади поперечного сечения. Сбалансированная конструкция снижает нагрузку на подшипники, позволяя использовать линейные подшипники меньшего размера и снижая уровень шума.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 ПреимуществаДвигатели без сердечника: Также существуют линейные двигатели без сердечника; в катушках этих двигателей нет сердечника, поэтому притяжение между элементами двигателя отсутствует.

Наиболее распространённым типом безжелезного сердечника является U-образный: две магнитные дорожки соединены, образуя канал, в котором движется катушка двигателя (или форсунку). Этот двигатель идеально подходит для применений, требующих низкой пульсации скорости и высокого ускорения. Отсутствие силы притяжения и отсутствие зубцовых колебаний в конструкции безжелезного сердечника минимизируют пульсации крутящего момента; ускорение увеличивается благодаря относительно небольшому весу катушки.

Вторая конфигурация без сердечника имеет форму цилиндра. Магниты расположены внутри трубки из нержавеющей стали, а обмотка двигателя вращается вокруг цилиндра. Такая конфигурация подходит для замены шарико-винтовых передач, поскольку обеспечивает значительно более высокую скорость и точность позиционирования практически в том же диапазоне рабочих характеристик.

Размеры катушки и длина дорожки

Независимо от конфигурации, все катушки линейных двигателей должны быть рассчитаны в соответствии с требованиями к области применения: прикладываемой нагрузкой, профилем целевого перемещения, рабочим циклом, точностью, сроком службы и условиями эксплуатации. Совет: обратитесь за технической поддержкой к производителям линейных двигателей и воспользуйтесь программным обеспечением для расчета (которое часто предоставляется бесплатно), чтобы выбрать оптимальный тип и размер двигателя для конкретного применения.

Секции магнитного пути предлагаются в различных вариантах длины и могут быть сложены друг на друга для достижения желаемой длины хода, при этом общая длина магнита практически не ограничена. Для упрощения конструкции и снижения затрат рекомендуется использовать секции магнитного пути максимальной длины, доступные у производителя.

2. Выберите кодер.

Вторым этапом проектирования системы линейного двигателя является выбор линейного энкодера. Наиболее распространены инкрементальные линейные энкодеры с оптическими или магнитными считывающими головками. Выберите энкодер с требуемым разрешением и точностью для конкретного применения, подходящий для условий эксплуатации машины.

Обратная связь с энкодера обычно передается на сервоусилитель посредством синусоидальной аналоговой или цифровой последовательности импульсов. Другой вариант — высокоскоростная последовательная обратная связь с энкодером, обеспечивающая более высокую скорость передачи данных, более высокое разрешение, лучшую помехоустойчивость, большую длину кабеля и исчерпывающую информацию о тревогах.

Последовательные коммуникации осуществляются двумя способами.

Прямая связь между усилителем и энкодером возможна при использовании энкодеров с последовательным протоколом энкодера, совместимым с усилителем.

Если у энкодера нет последовательного выхода (или протокол последовательного выхода несовместим с усилителем), можно использовать модуль последовательного преобразователя. В этом случае модуль принимает аналоговый сигнал от энкодера вместе с сигналом датчика Холла, разделяет аналоговый сигнал и последовательно передаёт данные этого сигнала на сервоусилитель. Данные датчика Холла используются при включении питания и для проверки обратной связи энкодера.

Несколько производителей линейных энкодеров теперь предлагают абсолютные линейные энкодеры, которые поддерживают различные протоколы последовательной связи, включая фирменные протоколы сторонних производителей усилителей.

3. Выберите усилитель

Третий этап проектирования — выбор сервоусилителя. Мощность усилителя должна быть подобрана с учётом двигателя.

Функция Plug and Play доступна только поставщикам, производящим как сервомоторы, так и усилители. Некоторые поставщики предоставляют функцию Plug and Play для сокращения времени запуска и обеспечения правильной настройки.

Некоторые сервоусилители оснащены функцией автоматического распознавания двигателя и режимом без настройки, что устраняет необходимость настройки сервосистемы. С помощью этого программного обеспечения характеристики двигателя (включая характеристики перегрузки) автоматически загружаются в сервоусилитель при включении питания. Это исключает потенциальные ошибки пользователя при вводе характеристик двигателя, практически исключая риск выхода двигателя из-под контроля и ошибок фазировки.

4. Выберите опорные элементы и подшипники.

Два последних этапа проектирования идут рука об руку, завершая проектирование системы линейного двигателя: четвертый этап — выбор системы подшипников линейного перемещения, а пятый — проектирование опорных элементов.

В большинстве узлов линейных двигателей существуют два важных параметра выравнивания: расстояние между двигателем и магнитом, между катушкой и магнитной дорожкой, и расстояние между считывающей головкой энкодера и линейной шкалой. Последний критерий исключается при выборе закрытого линейного энкодера.

Советы:

Подшипники линейного перемещения должны обеспечивать достаточную точность для соблюдения допусков зазоров, в то время как опорные элементы должны быть спроектированы так, чтобы обеспечить правильное размещение компонентов и соответствовать требованиям параллельности линейных подшипников и энкодера.

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

При выборе размера этих подшипников учитывайте полезную нагрузку и силы магнитного притяжения, возникающие в линейных двигателях с железным сердечником. Во многих случаях опорные элементы линейных подшипников и магнитных дорожек могут быть встроены в раму машины.