Лінійні двигуни та актуатори зараз є конкурентоспроможними за вартістю порівняно з кульковими гвинтами та ремінними передачами, а також пропонують значно кращу гнучкість та пропускну здатність для передових застосувань позиціонування. Нові мікродвигуни та актуатори допомагають автоматизувати завдання, які раніше були неможливі. Прямі лінійні приводи все частіше замінюють сервокеровані пневматичні циліндри, що сприяє надійності та керованості, позбавляючи від витрат, шуму та потреб у обслуговуванні повітряних компресорів.

Керуючись вимогами напівпровідникової промисловості, виробники лінійних двигунів постійно підвищують точність, знижують ціни, розробляють різні типи двигунів та спрощують інтеграцію в автоматизоване обладнання. Сучасні лінійні двигуни забезпечують пікове прискорення 20g та швидкість 10 метрів/секунду, забезпечують неперевершену динамічну маневреність, мінімізують технічне обслуговування та значно збільшують час безвідмовної роботи. Вони вийшли за рамки спеціалізованого використання в напівпровідниковій промисловості, щоб забезпечити покращену продуктивність у безлічі застосувань.

Завдяки вдесятеро більшій швидкості та терміну служби порівняно з кульковими гвинтами, технологія лінійного прямого приводу часто є єдиним рішенням для автоматизації, що підвищує продуктивність.

ДИНАМІЧНА ПЕРЕВАГА

Динамічні характеристики звичайних механізмів позиціонування обмежені ходовими гвинтами, зубчастими передачами, ремінними передачами та гнучкими муфтами, які створюють гістерезис, люфт та знос. Аналогічно, пневматичні приводи страждають від маси поршня та тертя між поршнем та циліндром, а також від стисливості повітря, що створює складність сервокерування. Лінійні двигуни та приводи позбавляються маси та інерції звичайних позиціонерів і, звільнені від цих фундаментальних обмежень, забезпечують неперевершену динамічну жорсткість.

Пряме створення рушійної сили дозволяє лінійним двигунам та виконавчим механізмам досягати пропускної здатності замкнутого циклу, недоступної за допомогою альтернативних механізмів позиціонування. Двигун та виконавчий механізм здатні повною мірою використовувати переваги сучасних контролерів. Ці контролери налаштовані на роботу з високим коефіцієнтом підсилення, що забезпечує широке керування пропускною здатністю, швидке встановлення та швидке відновлення після перехідних збурень.

Лінійні двигуни та актуатори чудово виконують переміщення на міліметрові відстані, що працюють у зоні статичного тертя. Їхня мала маса та мінімальне статичне тертя мінімізують рушійну силу, необхідну для початку руху, та спрощують завдання системи керування щодо запобігання перевищення рівня під час зупинки. Ці характеристики дозволяють двигунам та актуаторам з прямим приводом сканувати, наприклад, предметні стекла мікроскопа та відображати розташування артефактів по осях XY, розташованих лише на міліметрах один від одного.

Застосування, що потребують швидкого повторюваного руху, можуть використовувати високу пропускну здатність лінійного приводу, щоб подвоїти пропускну здатність кулькових гвинтових або ремінних приводів. Машини, які нарізають рулони матеріалу на потрібну довжину (папір, пластик, навіть підгузки), максимізують пропускну здатність, працюючи без зупинки потоку матеріалу. Для різання на ходу такі машини прискорюють ріжуче лезо, щоб синхронізувати його з потоком матеріалу, рухаються зі швидкістю матеріалу до місця різання, а потім починають різання. Після різання лезо повертається у вихідну точку, щоб очікувати наступного циклу різання.

ЛІНІЙНІ ТИПИ ДВИГУНІВ

Доступні три основні конфігурації лінійних двигунів: з плоскою платформою, U-подібними каналами та трубчастими двигунами. Кожен двигун має свої переваги та обмеження.

Двигуни з плоским кріпленням, хоча й пропонують необмежений хід і найвищу рушійну силу, створюють значне та небажане магнітне притягання між вантажонесучим елементом та доріжкою постійного магніту двигуна. Ця сила притягання вимагає підшипників, які витримують додаткове навантаження.

U-подібний двигун з беззалізним сердечником має низьку інерцію, а отже, максимальну маневреність. Однак, магнітні котушки силового механізму, що несуть навантаження, розташовані глибоко в U-подібній рамі, що обмежує відведення тепла.

Трубчасті лінійні двигуни міцні, термоефективні та найпростіші в установці. Вони є швидкою заміною кулькових гвинтових та пневматичних позиціонерів. Постійні магніти трубчастого двигуна поміщені в трубку з нержавіючої сталі (упорний стрижень), яка підтримується з обох кінців. Без додаткової підтримки упорного стрижня хід вантажу обмежений від 2 до 3 метрів, залежно від діаметра упорного стрижня.

З усіх трьох типів двигунів трубчасті двигуни найкраще підходять для широкого промислового використання. Трубчасті лінійні двигуни отримали значні переваги завдяки фундаментальній інженерній інновації. Лінійні двигуни Copley Controls замінюють традиційний зовнішній лінійний енкодер вбудованими датчиками Холла. Запатентована магнітна схема дозволяє датчикам Холла досягти майже десятикратного покращення роздільної здатності та повторюваності.

Оскільки лінійні енкодери можуть коштувати майже стільки ж, скільки й сам лінійний двигун, їх відмова є значним зниженням витрат. Це також спрощує інтеграцію лінійного двигуна в системи автоматизації, оскільки немає потреби в підтримці та вирівнюванні складного енкодера. Інші переваги включають міцність, надійність та відсутність необхідності використання енкодера в захищених середовищах.

Трубчасті лінійні двигуни можна перетворити на потужні, універсальні лінійні актуатори з прямим приводом. У варіанті з актуатором силовий механізм залишається нерухомим (прикріпленим болтами до рами машини), тоді як тяга позиціонування навантаження переміщується на підшипниках з низьким тертям, що не потребують змащення, встановлених всередині силового механізму. Окрім того, що лінійний привід перевершує кулькові гвинтові та ремінні передачі, він є більш продуктивною альтернативою програмованим сервопневматичним системам позиціонування.

Трубчасті лінійні двигуни підходять для подвоєння продуктивності завдяки двом незалежним силовим механізмам, що працюють на одному тяговому стрижні. Кожен силовий механізм має власний сервопривід і може рухатися повністю незалежно від іншого. Наприклад, один силовий механізм може завантажувати, поки інший розвантажує. Ця технологія може подвоїти пропускну здатність, піднімаючи по два предмети одночасно з швидкохідного конвеєра та точно розміщуючи їх на другому конвеєрі.

Аналогічно, кілька силових механізмів, що працюють на одному тяговому стрижні, можуть подвоїти, потроїти або навіть почетверити рушійну силу. Силовими механізмами може керувати один контролер.

Лінійний двигун, що переносить навантаження, переміщується на довговічних однорейкових підшипниках. На відміну від цього, механізми перетворення обертання з кульковими гвинтами в лінійні мають додаткові джерела зносу, що погіршують продуктивність і скорочують термін служби.

Шток тяги лінійного приводу ковзає по довговічних підшипниках, що не потребують змащення, встановлених у силовому механізмі. Ця внутрішня простота дозволяє приводу витримувати 10 мільйонів робочих циклів. Підшипники приводу самоцентруються, що спрощує встановлення. Зусилля приводу прикладається безпосередньо до штока тяги, покращуючи прискорення та швидкість реагування.

Із заміною зовнішнього енкодера твердотільним датчиком, інтегрованим у силовий механізм, двигуни та виконавчі механізми з прямим приводом стають дуже простими двокомпонентними пристроями. Силовий механізм та тяга є за своєю суттю дуже міцними компонентами, що дозволяє двигуну та виконавчому механізму відповідати міжнародному стандарту захисту від промивання IP67.

Відсутність скручуючих шестерень та гудучого ходового гвинта надає лінійним двигунам та приводам дедалі важливішої кваліфікації низького рівня шуму в роботі. OSHA (Управління з охорони праці та техніки безпеки) слідує за європейськими промисловими нормами, які встановлюють дедалі суворіші правила щодо шуму на робочому місці. Тиха робота вже є критично важливою в лабораторних та лікарняних середовищах; це занепокоєння ставатиме дедалі поширенішим, оскільки OSHA поширюватиме свої правила на інші виробничі середовища.