Когда кто-то говорит «мотор», большинству людей обычно представляется что-то вращающееся. Однако моторы могут иметь разные формы, например, линейные двигатели.

Линейный двигатель был изобретен в конце 1940-х годов доктором Эриком Лейтуэйтом из Манчестерского университета. Первоначально это были устройства с низким ускорением, но в наши дни технология позволяет достигать чрезвычайно высоких скоростей в системах автоматизации. Эта технология также легла в основу магнитно-левитационного транспорта.

Строительство

В отличие от роторных двигателей, линейные двигатели не имеют вращающегося внутри статора ротора, а вместо этого имеют каретку, которая перемещается вперед и назад по направляющей.

Конструкция линейного двигателя аналогична конструкции роторного трехфазного двигателя, но с укороченными и сплющенными элементами. Конфигурирование сервопривода для линейного двигателя идентично конфигурированию привода для роторного двигателя.

Линейный двигатель состоит из постоянных магнитов с чередующейся полярностью и подвижной каретки с тремя фазами обмоток. Направление тока через эти катушки намагничивает фазы, расположенные северным или южным полюсом, которые, соответственно, притягивают или толкают их вдоль направляющей двигателя.

Сравнение областей применения с линейными актуаторами

Линейные двигатели — не единственный способ управления линейным перемещением. Во многих случаях то же самое перемещение можно осуществить с помощью поворотного двигателя и шариковинтовой передачи или линейного актуатора. Шариковинтовые передачи и линейные актуаторы, как правило, намного дешевле линейных двигателей, поэтому может возникнуть вопрос:

Почему следует использовать линейный двигатель вместо шарикового винта или линейного актуатора?

Краткий ответ: Линейные двигатели предназначены для быстрого перемещения, ускорения и очень высокой точности. Шариковые винты и линейные актуаторы предназначены для приложения больших усилий и снижения стоимости.

Развернутый ответ: Как мы уже видели, линейный двигатель имеет ту же конструкцию, что и бесщеточный роторный двигатель, но с более плоской формой. При использовании в приложении нагрузка крепится к каретке, которая перемещается вдоль постоянных магнитов. Поскольку в нем отсутствует редуктор, это система прямого привода, обеспечивающая невероятную отзывчивость и скорость без люфта. Недостатком является то, что сила ограничена силой магнитных сил и мощностью, которую могут передавать обмотки двигателя.

С другой стороны, шариковые винты и линейные актуаторы используют вращающиеся двигатели, соединенные с механической зубчатой ​​передачей, которая преобразует вращательное движение в линейное. Поскольку используется зубчатая передача, величина доступной силы значительно выше, чем сила, создаваемая линейным двигателем. Чем короче шаг шарикового винта, тем больше сила может быть создана, но при этом снижается скорость. Кроме того, во многих системах такого типа возникает люфт, что снижает точность.

Линейные двигатели используются в системах прямого привода, где требования к скорости и точности превышают возможности роторного двигателя и механического привода, например, в промышленных 3D-принтерах, где скорость и ускорение, вероятно, недостижимы с помощью шарикового винта или линейного привода.