Линейные двигатели переосмыслили возможности управления движением, обеспечивая более быструю, точную и надежную работу по сравнению с традиционными линейными приводами с вращающимся двигателем.Уникальное свойство линейного двигателя заключается в том, что нагрузка перемещается без компонентов механической передачи энергии.Вместо этого линейная сила, создаваемая магнитным полем катушки двигателя, напрямую связана с нагрузкой.Это устраняет необходимость в механических устройствах, преобразующих вращательное движение в линейное, тем самым увеличивая срок службы, точность, скорость и общую производительность системы.

По мере роста спроса на повышенную производительность, более высокое качество продукции, сокращение времени разработки и снижение затрат на проектирование, внедрение технологии линейных двигателей становится все более популярным за счет использования модульных конструкций линейных двигателей.Они используются в метрологии, прецизионных системах резки, оборудовании для производства полупроводников и электроники, обработке пластин, литографии, системах визуального контроля, медицинском оборудовании и устройствах, испытательных системах, аэрокосмической и оборонной промышленности, автоматизации сборочных линий, печати и упаковке и во многих других приложениях. которые требуют высокой производительности и высокой точности линейного перемещения.

Компоненты конструкции линейного двигателя должны быть обработаны и собраны с высокой точностью и повторяемыми процессами.Правильное выравнивание этих деталей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки.

Сегодня новое поколение модульных линейных двигателей изменило правила игры.Модульные линейные двигатели «под ключ» можно легко прикрутить к системе и сразу же подготовить к работе, что значительно сокращает время проектирования.Теперь инженеры могут использовать мощные преимущества технологии модульных линейных двигателей в своих конструкциях машин за считанные дни, а не месяцы или даже годы.

Девять основных компонентов составляют системы линейных двигателей:

1. Базовая пластина
2. Катушка двигателя
3. Постоянная магнитная дорожка (обычно неодимовые магниты)
4. Каретка, соединяющая катушку двигателя с нагрузкой
5. Линейные несущие рельсы, по которым направляется каретка и которые соединяются с основанием.
6. Линейный энкодер для обратной связи по положению
7. Конечные остановки
8. Кабельная трасса
9. Дополнительные сильфоны для защиты магнитной направляющей, энкодера и линейных направляющих от загрязнения окружающей среды.

КОНТУР УПРАВЛЕНИЯ

Компоненты конструкции линейного двигателя должны быть обработаны и собраны с высокой точностью и повторяемыми процессами.Правильное выравнивание этих деталей имеет решающее значение и требует значительной детализации конструкции и навыков сборки.Например, магнитная дорожка и движущаяся катушка двигателя должны быть плоскими, параллельными и установлены с определенным воздушным зазором между ними.Подвижная катушка перемещается на каретке, соединенной с параллельными прецизионными линейными направляющими над магнитной дорожкой.Энкодер положения с линейной шкалой и считывающей головкой — еще одна важная часть линейного двигателя, требующая правильных процедур центровки и прочной конструкции крепления, чтобы выдерживать ускорения до 5 G.В модульных линейных двигателях эти детали уже учтены и спроектированы «из коробки».

Модульные системы линейных двигателей, подобные показанной, используются, когда требуется точное, высокоскоростное и повторяемое линейное движение.Система является альтернативой шарико-винтовым, ременным и реечным приводам.

Для управления движением линейного двигателя используются сложные контроллеры движения и сервоприводы.Линейные двигатели имеют определенное преимущество в отношении жесткости и частотной характеристики.В определенных диапазонах частот они демонстрируют жесткость, которая превосходит традиционные ШВП в 10 и более раз.Благодаря этому свойству линейные двигатели могут работать с широким диапазоном регулирования положения и скорости с впечатляющей точностью, даже при внешних возмущениях.В отличие от шарико-винтовых пар, резонансные частоты которых часто находятся в диапазоне от 10 до 100 Гц, линейные двигатели работают на более высоких частотах, в результате чего их резонанс выходит далеко за пределы полосы пропускания контура регулирования положения.

Однако существует компромисс, связанный с удалением механической трансмиссии.Механические компоненты, такие как шарико-винтовые передачи, помогают уменьшить помехи, вызванные машинными силами, собственными резонансными частотами или поперечными вибрациями.Их устранение делает линейные двигатели непосредственно подверженными таким сбоям.Следовательно, компенсация этих возмущений становится обязанностью контроллера движения и приводной электроники, которая должна бороться с ними в лоб, действуя непосредственно на сервоось.Именно здесь в игру вступают современные сложные алгоритмы движения с обратной связью, позволяющие устранить резонансы и обеспечить превосходное управление контуром положения.

В области линейных приводов линейные двигатели обеспечивают исключительное техническое совершенство.Способность двигателей проявлять превосходную жесткость и работать на более высоких частотах отличает их от традиционных альтернатив.Не обращая внимания на резонансные частоты и сохраняя высокую точность даже при наличии внешних помех, линейные двигатели предлагают убедительное решение.

Тем не менее, отсутствие механической трансмиссии требует надежных стратегий компенсации для противодействия помехам, обеспечивая постоянную производительность и надежность системы.Частоты дискретизации контроллера движения для контуров скорости и положения обычно начинаются с 5 кГц.Ось с линейным двигателем может иметь полосу пропускания контура положения в пять-десять раз больше, чем у обычной оси с приводом от вращающегося двигателя, где приемлемы частоты 1 или 2 кГц.Некоторые современные контроллеры движения могут поддерживать частоту дискретизации 20 кГц или выше, что обеспечивает сверхвысокоскоростное управление с обратной связью и сверхточное управление траекторией.

Поскольку большинство производителей модульных линейных двигателей также являются экспертами в области управления движением и сервоприводами, многие проблемы контура управления и проблемы механического резонанса также были хорошо продуманы, а также предоставлены решения и инструменты для смягчения этих проблем.

ПРИМЕНЕНИЕ ЛИНЕЙНОГО ДВИГАТЕЛЯ

Я приобрел ценный опыт использования линейных двигателей несколько лет назад, когда команда инженеров приступила к революционному проекту: создать первый в мире станок для лазерной резки на базе линейного двигателя.Использование линейных двигателей идеально подходило для того, чтобы революционизировать отрасль, поскольку традиционные технологии линейных приводов с приводом от роторных серводвигателей не могли обеспечить высокую производительность, достижимую с помощью линейных двигателей.

Внедрение технологии оказалось непростой задачей.Углубившись в проект, мы поняли, что для нашего приложения требуются технические характеристики линейного двигателя, которых нет в продаже.Не испугавшись, мы решили разработать линейные двигатели специально для нашего применения.

Мы столкнулись с многочисленными проблемами: нам нужно было переместить портальную систему массой 1000 фунтов с высокой скоростью 2,5 м/сек с ускорением 1,5 G, а это означало, что нам нужно было спроектировать линейный двигатель, который мог бы создавать экстремальные силы.Наша команда упорствовала, потратив бесчисленные часы на исследования и разработки, пока, наконец, не разработала линейный двигатель, который мог бы удовлетворить требования нашего станка для лазерной резки.Это был момент гордости, когда 14 месяцев спустя мы наконец увидели наши линейные двигатели в действии, приводящие в движение портальную систему с невероятной скоростью, легкостью и точностью.Достигнутые результаты были беспрецедентными.Примечательно, насколько быстрее могла бы быть реализована наша концепция машины, если бы тогда были доступны модульные линейные двигатели «под ключ».

Технология линейных двигателей значительно изменилась с тех пор, как в 90-х годах мы начали разработку линейных двигателей.С появлением новых модульных конструкций потенциал для инноваций и прогресса в области проектирования приводов и линейных двигателей стал больше, чем когда-либо.Модульные линейные двигатели меняют представление о том, что возможно, благодаря более быстрым, точным и надежным возможностям управления движением, которые можно быстро развернуть и принести пользу широкому спектру приложений во многих отраслях.