Когда кто-то говорит «двигатель», большинство людей обычно представляют себе что-то вращающееся. Однако двигатели могут быть разных типов, например, линейные.

Линейный двигатель был изобретён в конце 1940-х годов доктором Эриком Лейтуэйтом из Манчестерского университета. Изначально они разрабатывались как устройства с низким ускорением, но в наши дни эта технология позволяет развивать чрезвычайно высокие скорости в автоматизированных системах. Эта технология также легла в основу магнитолевитационного транспорта.

Строительство

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

Конструкция линейного двигателя аналогична конструкции трёхфазного роторного двигателя, но имеет более открытую и плоскую форму. Настройка сервопривода для линейного двигателя аналогична настройке сервопривода для роторного двигателя.

Линейный двигатель состоит из постоянных магнитов, чередующихся по полярности, и подвижной каретки с тремя фазами катушек. Направление тока через эти катушки намагничивает северную или южную фазу, что соответственно тянет или толкает её вдоль рельса двигателя.

Сравнение применений с линейными приводами

Линейные двигатели — не единственный способ управления линейным движением. Во многих случаях того же движения можно добиться с помощью поворотного двигателя и шарико-винтовой передачи или линейного привода. Шарико-винтовые передачи и линейные приводы, как правило, значительно дешевле линейных двигателей, поэтому некоторые могут задаться вопросом:

Почему следует использовать линейный двигатель вместо шарико-винтовой передачи или линейного привода?

Короткий ответ: линейные двигатели обеспечивают быстрое движение, ускорение и очень высокую точность. Шарико-винтовые передачи и линейные приводы обеспечивают высокую силу и низкую стоимость.

Развёрнутый ответ: Как мы видели, линейный двигатель устроен так же, как бесщёточный роторный двигатель, но имеет более плоскую конструкцию. При использовании в конкретном приложении нагрузка крепится к каретке, которая движется вдоль постоянных магнитов. Отсутствие зубчатой передачи обеспечивает системе прямой привод невероятную отзывчивость и скорость без люфта. Недостаток заключается в том, что усилие ограничено магнитными силами и мощностью, которую могут выдержать катушки двигателя.

С другой стороны, шарико-винтовые передачи и линейные приводы используют вращательные двигатели, соединённые с механической системой передач, которая преобразует вращательное движение в поступательное. Благодаря использованию передачи, развиваемое усилие значительно превышает усилие, развиваемое линейным двигателем. Чем короче ход шарико-винтовой передачи, тем большее усилие можно создать, но при этом снижается скорость. Кроме того, во многих подобных системах возникает люфт, что снижает точность.

Линейные двигатели используются в приложениях с прямым приводом, где требования к скорости и точности превышают возможности роторного двигателя и механического привода, например, в промышленных 3D-принтерах, где скорость и ускорение, вероятно, невозможны при использовании шарико-винтовой передачи или линейного привода.