Hareket Sistemi Tasarımının Tipik Yapılandırması

Doğrusal hareket, birçok hareketli makine için merkezi bir öneme sahiptir ve doğrusal motorların doğrudan tahrikli yapısı, bu uygulamalarda genel makine tasarımını basitleştirebilir. Diğer avantajlar arasında, doğrusal motorların doğrudan yüke sabitlenmesi nedeniyle artan rijitlik yer alır.

Bu motorların (ve gerektirdikleri çevre bileşenlerinin) entegrasyonu göz korkutucu görünebilir, ancak süreç beş basit adıma ayrılabilir. Bu adım adım süreci takip etmek, makine ve robot üreticilerinin gereksiz çaba veya karmaşıklık olmadan doğrusal motorların avantajlarından yararlanmalarını sağlar.

1. Motor tipini belirleyin: Demir çekirdekli mi yoksa demirsiz mi?

İlk adım, mevcut tipler arasından lineer motoru seçmektir.

Demir çekirdekli motorlar: Demir çekirdekli motorlar en yaygın olanlardır ve genel otomasyon uygulamaları için uygundur. Demir çekirdek, bu motorun demir çekirdek laminasyonlarından oluşan bobin yapısını ifade eder. Tipik bir konfigürasyon, tek taraflı sabit bir mıknatıs rayı ve hareketli bir motor bobini veya iticiden oluşur. Demir çekirdek, üretilen itme kuvvetini en üst düzeye çıkarır ve bobin ile mıknatıslar arasında manyetik çekim kuvveti oluşturur.

Bu manyetik çekim kuvveti, doğrusal hareket yataklarına ön yükleme yapılarak doğrusal kılavuz sisteminin rijitliğini etkili bir şekilde artırmak için kullanılabilir. Manyetik ön yükleme ayrıca yavaşlama ve dengeyi iyileştirerek sistemin frekans tepkisini de artırabilir.

Öte yandan, çekme kuvveti, destekleyici elemanlardan ve doğrusal yataklardan gelen artırılmış yük taşıma kapasitesiyle uygun şekilde desteklenmelidir. Bu durum, makinenin mekanik tasarım özgürlüğünü azaltabilir.

İkinci bir demir çekirdekli doğrusal motor konfigürasyonu, hareketli bobinin her iki tarafına yerleştirilmiş bir çift sabit mıknatıs izinden oluşur. Bu patentli yapı, manyetik çekimin etkilerini ortadan kaldırırken, kesit alanı başına en yüksek kuvveti sağlar. Dengeli tasarım, yatak yükünü azaltarak daha küçük doğrusal hareket yataklarının kullanılmasına ve yatak gürültüsünün azalmasına olanak tanır.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 AvantajlarıDemirsiz motorlar: Demirsiz lineer motorlar da mevcuttur; bu motorların bobinlerinde demir bulunmadığından, motor elemanları arasında çekim kuvveti yoktur.

En yaygın demirsiz tip U kanallı olanıdır: İki manyetik ray birleştirilerek motor bobininin (veya iticinin) hareket ettiği bir kanal oluşturulur. Bu motor, düşük hız dalgalanması ve yüksek ivme gerektiren uygulamalar için idealdir. Demirsiz yapının sıfır çekim kuvveti ve sıfır dişli yapısı tork dalgalanmasını en aza indirir; bobin nispeten hafif olduğu için ivme artar.

İkinci demirsiz konfigürasyon ise silindir şeklindedir. Paslanmaz çelik bir borunun içine mıknatıslar yerleştirilir ve motor bobini silindirin etrafında döner. Bu konfigürasyon, yaklaşık aynı boyutlarda çok daha yüksek hızlar ve konumlandırma doğruluğu sağladığı için bilyalı vidaların yerine kullanılmaya uygundur.

Bobin boyutlandırması ve iz uzunluğu

Konfigürasyon ne olursa olsun, tüm lineer motor bobinleri uygulama gereksinimlerine göre boyutlandırılmalıdır: uygulanan yük, hedef hareket profili, çalışma döngüsü, doğruluk, hassasiyet, kullanım ömrü ve çalışma ortamı. İpucu: Belirli bir uygulama için en iyi motor tipini ve boyutunu seçmek için lineer motor üreticilerinden ve boyutlandırma yazılımlarından (genellikle ücretsizdir) teknik destek alın.

Manyetik ray bölümleri çeşitli uzunluklarda sunulmaktadır ve hedef hareket uzunluğuna ulaşmak için uç uca istiflenebilir; toplam manyetik uzunluğu neredeyse sınırsızdır. Tasarımı basitleştirmek ve maliyetleri düşürmek için, üreticiden temin edilebilen en uzun manyetik ray bölümlerini kullanmak en iyisidir.

2. Bir kodlayıcı seçin.

Doğrusal motor sistemi tasarımındaki ikinci adım, doğrusal enkoder seçimidir. En yaygın olanları, optik veya manyetik okuma kafası sensörlü artımlı doğrusal enkoderlerdir. Uygulama için gerekli çözünürlük ve doğruluğa sahip ve makine ortamına uygun bir enkoder seçin.

Kodlayıcı geri beslemesi tipik olarak sinüzoidal analog veya dijital darbe dizisi yoluyla servo amplifikatöre geri gönderilir. Bir diğer seçenek ise yüksek hızlı seri kodlayıcı geri beslemesidir; bu da daha yüksek veri hızları, daha yüksek bit çözünürlüğü, daha fazla gürültü bağışıklığı, daha uzun kablo uzunlukları ve kapsamlı alarm bilgileri sağlar.

Seri iletişim iki şekilde bağlanır.

Amplifikatör ile kodlayıcı arasında doğrudan iletişim, amplifikatörle uyumlu seri kodlayıcı protokolüne sahip kodlayıcılar kullanılarak sağlanabilir.

Kodlayıcının seri çıkışı olmadığında (veya seri çıkış protokolü amplifikatörle uyumsuz olduğunda) seri dönüştürücü modülü kullanılabilir. Bu durumda, modül kodlayıcıdan gelen analog sinyali Hall sensörü sinyaliyle birlikte alır, analog sinyali alt bölümlere ayırır ve bu sinyal verilerini seri olarak servo amplifikatöre iletir. Hall sensörü verileri, güç açılışında ve kodlayıcı geri beslemesini doğrulamak için kullanılır.

Günümüzde birçok doğrusal kodlayıcı üreticisi, üçüncü taraf amplifikatör üreticilerinin tescilli protokolleri de dahil olmak üzere çeşitli seri iletişim protokollerini destekleyen mutlak doğrusal kodlayıcılar sunmaktadır.

3. Amplifikatörü seçin.

Tasarım sürecinin üçüncü adımı servo amplifikatörünün seçimidir. Amplifikatör, motora göre doğru boyutta olmalıdır.

Tak ve çalıştır özelliği, yalnızca hem servo motor hem de amplifikatör üreten tedarikçiler tarafından sunulabilen bir özelliktir. Bazı tedarikçiler, başlatma süresini azaltmak ve doğru yapılandırmayı sağlamak için tak ve çalıştır özelliğini sunmaktadır.

Bazı servo amplifikatörleri, otomatik motor tanıma ve ayar gerektirmeyen bir mod özelliğine sahiptir; bu da servo sisteminin ayarlanması ihtiyacını ortadan kaldırır. Bu yazılım sayesinde, motor özellikleri (aşırı yük özellikleri dahil) güç açıldığında otomatik olarak motordan servo amplifikatöre yüklenir. Bu, motor özelliklerini girerken olası kullanıcı hatalarını ortadan kaldırarak, motorun kontrolsüz çalışması ve faz hataları riskini neredeyse tamamen ortadan kaldırır.

4. Destek elemanlarını ve yatakları seçin.

Doğrusal motor sistemi tasarımını tamamlamak için son iki tasarım adımı birlikte ilerler: Dördüncü adım, doğrusal hareket yatak sistemini seçmek, beşinci adım ise destek elemanlarını tasarlamaktır.

Çoğu doğrusal motor düzeneğinde iki önemli hizalama vardır: bobin ile mıknatıs yolu arasındaki motor-mıknatıs boşluğu mesafesi ve enkoder okuma kafası ile doğrusal ölçek arasındaki boşluk mesafesi. Kapalı bir doğrusal enkoder seçildiğinde ikinci kriter ortadan kalkar.

İpuçları:

Doğrusal hareket yatakları, boşluk toleranslarını karşılayacak yeterli hassasiyeti sağlamalıdır; destek elemanları ise bileşenleri uygun şekilde aralıklandıracak ve doğrusal yatakların ve enkoderin paralellik gereksinimlerini karşılayacak şekilde tasarlanmalıdır.

Bu kriterler karşılandıktan sonra, rulmanların ve destekleyici elemanların seçimi ve tasarımı nihayetinde makinenin performans gereksinimlerine bağlıdır. Yüksek doğruluk ve hassasiyet gerektiren uygulamalar, yüksek çözünürlüklü ve yüksek doğruluklu bir enkoderin yanı sıra yüksek doğruluklu lineer rulmanlara ihtiyaç duyar.

Bu rulmanların boyutlandırılmasında, taşıma kapasitesi ve demir çekirdekli lineer motorlarla ilişkili manyetik çekim kuvvetleri dikkate alınmalıdır. Birçok durumda, lineer rulmanların ve mıknatıs raylarının destekleyici elemanları makine çerçevesinin ayrılmaz bir parçası olabilir.