Линейные двигатели и приводы теперь конкурентоспособны по стоимости с шариковыми винтами и ременными передачами и обеспечивают значительно превосходную маневренность и диапазон передач для сложных задач позиционирования. Новые микромоторы и приводы помогают автоматизировать задачи, которые ранее были невозможны. Прямые линейные приводы все чаще заменяют пневматические цилиндры с сервоуправлением, обеспечивая надежность и управляемость, а также избавляя от затрат, шума и обслуживания, характерных для воздушных компрессоров.

Под влиянием требований полупроводниковой промышленности производители линейных двигателей неуклонно повышали точность, снижали цены, разрабатывали различные типы двигателей и упрощали интеграцию в автоматизированное оборудование. Современные линейные двигатели обеспечивают пиковое ускорение 20g и скорость 10 метров в секунду, обладают непревзойденной динамической маневренностью, минимизируют техническое обслуживание и увеличивают время безотказной работы. Они вышли за рамки специализированного применения в полупроводниковой промышленности и обеспечивают высокую производительность во множестве других областей.

Благодаря в десять раз большей скорости и сроку службы по сравнению с шариковыми винтами, технология линейного прямого привода часто является единственным решением для автоматизации, повышающей производительность.

ДИНАМИЧНОЕ ПРЕВОСХОДСТВО

Динамические характеристики традиционных механизмов позиционирования ограничены ходовыми винтами, зубчатыми передачами, ременными приводами и гибкими муфтами, которые вызывают гистерезис, люфт и износ. Аналогично, пневматические приводы страдают от массы поршня и трения между поршнем и цилиндром, а также от сжимаемости воздуха, что усложняет сервоуправление. Линейные двигатели и приводы избавляются от массы и инерции традиционных позиционеров и, освободившись от этих фундаментальных ограничений, обеспечивают непревзойденную динамическую жесткость.

Создание силы непосредственного привода позволяет линейным двигателям и исполнительным механизмам достигать полосы пропускания замкнутого контура, недоступной при использовании альтернативных механизмов позиционирования. Двигатель и исполнительный механизм могут в полной мере использовать преимущества современных контроллеров. Эти контроллеры настроены на работу с высоким коэффициентом усиления контура, обеспечивая широкополосное управление, быстрое установление и быстрое восстановление после переходных возмущений.

Линейные двигатели и исполнительные механизмы превосходно справляются с перемещениями на миллиметры, работая в зоне статического трения. Их малая масса и минимальное статическое трение минимизируют усилие, необходимое для начала движения, и упрощают задачу системы управления по предотвращению перерегулирования при остановке. Эти характеристики позволяют, например, двигателям и исполнительным механизмам с прямым приводом сканировать предметные стекла микроскопа и определять координаты XY артефактов, расположенных всего в нескольких миллиметрах друг от друга.

В приложениях, требующих быстрого повторяющегося движения, высокая пропускная способность линейного актуатора позволяет удвоить производительность по сравнению с шариковинтовыми или ременными передачами. Машины, разрезающие рулоны материала на отрезки (бумагу, пластик, даже подгузники), максимизируют производительность, работая без остановки потока материала. Для резки на ходу такие машины ускоряют режущее лезвие, синхронизируя его с потоком материала, перемещаются со скоростью материала к месту резки, а затем начинают резку. После резки лезвие возвращается в исходное положение, ожидая следующего цикла резки.

ТИПЫ ЛИНЕЙНЫХ ДВИГАТЕЛЕЙ

Доступны три основные конфигурации линейных двигателей: с плоской платформой, U-образным профилем и трубчатой ​​платформой. Каждый двигатель имеет свои преимущества и ограничения.

Электродвигатели с плоской платформой, несмотря на неограниченный ход и максимальную приводную силу, создают значительное и нежелательное магнитное притяжение между несущей нагрузкой и дорожкой постоянного магнита двигателя. Эта сила притяжения требует наличия подшипников, способных выдерживать дополнительную нагрузку.

Двигатель с U-образным профилем и бессердечниковым сердечником обладает низкой инерцией, что обеспечивает максимальную маневренность. Однако несущие нагрузку магнитные катушки привода расположены глубоко внутри U-образного профиля, что ограничивает отвод тепла.

Трубчатые линейные двигатели отличаются прочностью, высокой тепловой эффективностью и простотой установки. Они являются прямой заменой шариковинтовым и пневматическим позиционерам. Постоянные магниты трубчатого двигателя заключены в трубку из нержавеющей стали (упорный стержень), которая поддерживается с обоих концов. Без дополнительной поддержки упорного стержня перемещение нагрузки ограничено 2–3 метрами в зависимости от диаметра упорного стержня.

Из всех трех типов двигателей трубчатые двигатели лучше всего подходят для массового промышленного применения. Трубчатые линейные двигатели получили значительные преимущества благодаря фундаментальной инженерной инновации. В линейных двигателях Copley Controls традиционный внешний линейный энкодер заменен встроенными датчиками Холла. Запатентованная магнитная схема позволяет датчикам Холла добиться почти десятикратного повышения разрешения и повторяемости.

Поскольку линейные энкодеры могут стоить почти столько же, сколько сам линейный двигатель, их отказ от них значительно снижает затраты. Это также упрощает интеграцию линейных двигателей в системы автоматизации, поскольку нет необходимости поддерживать и настраивать капризный энкодер. К другим преимуществам относятся прочность, надежность и отсутствие необходимости в защищенных средах для энкодера.

Трубчатые линейные двигатели могут быть преобразованы в мощные и универсальные линейные актуаторы с прямым приводом. В варианте актуатора привод остается неподвижным (прикреплен к раме машины), в то время как упорный стержень позиционирования нагрузки перемещается на подшипниках с низким коэффициентом трения, не требующих смазки, установленных внутри привода. Помимо превосходства над шариковыми винтами и ременными передачами, линейный актуатор является более высокопроизводительной альтернативой программируемым сервопневматическим системам позиционирования.

Трубчатые линейные двигатели позволяют удвоить производительность за счет использования двух независимых силовых механизмов, работающих на одном упорном стержне. Каждый силовой механизм имеет собственный сервопривод и может перемещаться полностью независимо от другого. Например, один силовой механизм может загружать, а другой разгружать. Эта технология позволяет удвоить пропускную способность, поднимая предметы по два за раз с быстро движущегося конвейера и точно размещая их на втором конвейере.

Аналогичным образом, несколько силовых элементов, воздействующих на один упорный стержень, могут удвоить, утроить или даже учетверить приводную силу. Управление силовыми элементами может осуществляться одним контроллером.

Линейный двигатель, несущий нагрузку, перемещается на долговечных подшипниках с одной направляющей. В отличие от него, механизмы преобразования вращательного вращения в линейное с помощью шариковинтовой передачи включают дополнительные источники износа, которые ухудшают производительность и сокращают срок службы.

Тяговый стержень линейного актуатора скользит на долговечных подшипниках, не требующих смазки, установленных в приводе. Эта присущая конструкции простота позволяет актуатору выдерживать 10 миллионов рабочих циклов. Подшипники актуатора являются самоустанавливающимися, что упрощает установку. Приводное усилие актуатора передается непосредственно на тяговый стержень, что улучшает ускорение и отзывчивость.

Благодаря замене внешнего энкодера на твердотельный датчик, встроенный в привод, двигатели и исполнительные механизмы с прямым приводом становятся очень простыми двухкомпонентными устройствами. Привод и упорный стержень являются по своей природе очень прочными компонентами, что позволяет двигателю и исполнительному механизму соответствовать международным стандартам защиты от влаги IP67.

Отсутствие скрипа шестерен и жужжания ходового винта придает линейным двигателям и приводам все более важное качество — низкий уровень шума. OSHA следует примеру европейских промышленных норм, которые устанавливают все более строгие правила в отношении шума на рабочем месте. Тихая работа уже имеет решающее значение в лабораторных и больничных условиях; эта проблема будет становиться все более распространенной по мере распространения правил OSHA на другие производственные среды.