Линейные двигатели обеспечивают превосходную выходную мощность, поэтому они отлично подходят для медицинского оборудования, промышленной автоматизации, упаковки и производства полупроводников. Более того, новые линейные двигатели позволяют снизить стоимость, тепловыделение и сложность интеграции, характерные для ранних версий. Вкратце, линейные двигатели состоят из катушки (первичной части или индуктора) и неподвижной платформы, иногда называемой валиком или вторичным сердечником. Существует множество подтипов, но два наиболее распространённых для автоматизации — это бесщёточные линейные двигатели с железным сердечником и безжелезные линейные двигатели.

Линейные двигатели, как правило, превосходят механические приводы. Они имеют неограниченную длину. Без эластичности и люфта, присущих механическим устройствам, точность и повторяемость высоки и сохраняются на протяжении всего срока службы машины. Фактически, в обслуживании нуждаются только направляющие подшипники линейного двигателя; все остальные компоненты не подвержены износу.

Где линейные двигатели Ironcore превосходны
Линейные двигатели с железным сердечником имеют первичные обмотки, намотанные вокруг железного сердечника. Вторичная обмотка обычно представляет собой неподвижную магнитную дорожку. Линейные двигатели с железным сердечником хорошо подходят для литья под давлением, станков и прессов, поскольку обеспечивают высокую непрерывную силу. Однако линейные двигатели с железным сердечником могут работать в режиме зацепления, поскольку магнитное притяжение вторичной обмотки к первичной обмотке изменяется при её перемещении по магнитной дорожке. В этом виновата сила фиксации. Производители борются с зацеплением разными способами, но оно становится проблемой, когда основной целью является плавность хода.

Тем не менее, линейные двигатели с железным сердечником обладают множеством преимуществ. Более сильная магнитная связь (между железным сердечником и магнитами статора) обеспечивает высокую плотность магнитного поля. Таким образом, линейные двигатели с железным сердечником обладают более высокой выходной мощностью, чем аналогичные линейные двигатели без железного сердечника. Кроме того, эти двигатели рассеивают много тепла, поскольку железный сердечник отводит тепло, генерируемое обмоткой во время работы, что снижает тепловое сопротивление между обмоткой и окружающей средой лучше, чем двигатели без железного сердечника. Наконец, эти двигатели легко интегрируются, поскольку сердечник и статор расположены непосредственно друг напротив друга.

Линейные двигатели без сердечника для быстрых ходов
Линейные двигатели без сердечника не имеют сердечника в первичной обмотке, поэтому они легче и обеспечивают более динамичное движение. Катушки залиты в эпоксидную пластину. Большинство линейных двигателей без сердечника имеют U-образные дорожки, выложенные на внутренней поверхности магнитами. Нагрев может ограничить тягу до уровня ниже, чем у сопоставимых двигателей с сердечником, но некоторые производители решают эту проблему, используя инновационную геометрию канала и первичной обмотки.

Короткое время установления ещё больше повышает динамику линейных двигателей без сердечника, позволяя им совершать быстрые и точные перемещения. Отсутствие внутренних сил притяжения между первичной и вторичной обмотками означает, что линейные двигатели без сердечника проще в сборке, чем двигатели с железным сердечником. Кроме того, их опорные подшипники не подвержены воздействию магнитных сил, поэтому обычно служат дольше.

Обратите внимание, что линейные двигатели испытывают трудности при работе на вертикальных осях и в сложных условиях. Это связано с тем, что без тормозов и противовесов линейные двигатели (которые по своей природе бесконтактные) допускают падение груза при отключении питания.

Кроме того, в некоторых агрессивных средах может образовываться пыль и стружка, которые налипают на линейные двигатели, особенно при обработке металлических деталей. В этом случае линейные двигатели с железным сердечником (и их магнитонаполненные дорожки) наиболее уязвимы. Некоторые приводы оснащены линейными двигателями с железным сердечником или без него и имеют пылезащитную конструкцию для работы в таких условиях. Последнее устраняет проблемы, связанные с сильфонами, которые традиционно защищают линейные оси.

Когда выбирать интегрированные линейные приводы
Прямой привод линейных приводов повышает производительность и динамику системы в самых разных промышленных приложениях. Некоторые приводы на основе линейных двигателей также оснащены энкодерами для обратной связи по положению… что упрощает использование линейных двигателей даже по сравнению с системами на основе ремённых передач и шарико-винтовой передачи. Некоторые из этих приводов тесно интегрированы в линейный двигатель, направляющую и оптический (или магнитный) энкодер для дополнительного повышения удельной мощности.

В некоторых приводах энкодер устанавливается горизонтально, поэтому его положение не подвержено влиянию внешних воздействий. Некоторые такие устройства могут развивать скорость до 6 м/с с ускорением до 60 м/с² при питании от сети переменного тока 230 В. Возможны модули с ходом более двух метров. Стандартные решения обычно включают магнитный энкодер для обратной связи по положению, хотя оптические энкодеры доступны для более высокой точности. Другие варианты включают многоползунковые системы, а также комплексные системы XY и портальные системы.

По сравнению с традиционными модулями шарико-винтовой передачи, актуаторы на основе линейных двигателей обеспечивают более высокую точность и скорость — даже при различных значениях выходного осевого усилия — благодаря прямому приводу. Более тесная интеграция также повышает производительность и надежность. Некоторые такие актуаторы включают в себя сам линейный двигатель, основание и широкую линейную направляющую, поддерживающую алюминиевый ползунок и оптическую шкалу для обратной связи по положению. Если линейный двигатель не имеет стального сердечника, он может быть объединен с алюминиевым ползуном, образуя лёгкую конструкцию с быстрым ускорением.

Некоторые компактные линейные приводы также оснащены каретками со встроенными смазочными колодками для экологически безопасной смазки. В этих случаях на торцах кареток установлены герметичные инжекторы для смазки дорожек качения посредством циркуляции стальных шариков. В некоторых случаях дополнительные смазочные колодки обеспечивают дополнительную смазку для длительной эксплуатации с меньшими затратами на техническое обслуживание, особенно на осях с коротким ходом.

Линейные двигатели без сердечника в некоторых актуаторах также не имеют зубцового зазора, что позволяет оси совершать стабильные перемещения как при медленном, так и при быстром движении. В некоторых конструкциях повторяемость с оптическим линейным энкодером составляет 2 мм. Некоторые актуаторы доступны даже с ходом от 152 до 1490 мм и прямолинейностью от 6 до 30 мм.

Особый пример: применение в чистых помещениях
Последний вариант, особенно подходящий для применений с коротким ходом и высокой частотой цикла, — это линейные приводы, в которых движущимися частями являются магниты и рельс. В этом случае не возникает проблем с отсоединением кабелей. Также не возникает проблем с работой в условиях запылённости. Более того, приводы хорошо работают в вакууме и чистых помещениях. Это связано с тем, что катушки закреплены неподвижно, и тепло легко рассеивается на монтажных конструкциях. Некоторые такие линейные приводы развивают постоянное усилие 94,2 или 188,3 Н и пиковое усилие 242,1 или 484,2 Н, допуская постоянный ток 3,5, 7 или 14 А в зависимости от версии. Длина хода достигает 430 мм.

Параметры для задания ступеней линейного двигателя
При выборе приводов или ступеней на основе линейных двигателей учитывайте следующие критерии для каждой части профиля движения конструкции:

• Каково известное условие движения?
• Какова масса груза, масса системы, эффективный ход, время перемещения и время задержки?
• Каковы условия работы привода, максимальное выходное напряжение, постоянный и пиковый ток?
• Какое разрешение энкодера требуется для данной установки? Должен ли он быть аналоговым или цифровым?
• В какой рабочей среде будет работать привод или платформа? Какова будет температура в помещении? Будет ли машина подвергаться воздействию вакуума или условиям чистой комнаты?
• Каковы требования приложения к точности движения и точности позиционирования?
• Будет ли линейный привод или платформа перемещать грузы горизонтально, вертикально или под углом? Будет ли установка крепиться к стене? Имеются ли ограничения по пространству?

Ответы на эти вопросы помогут инженерам-конструкторам определить наиболее подходящую модификацию линейного двигателя для конкретного оборудования.