Лінійні двигуни переосмислили можливості керування рухом завдяки швидшій, точнішій та надійнішій роботі порівняно з традиційними лінійними приводами з обертовим двигуном. Унікальною властивістю лінійного двигуна є те, що навантаження переміщується без механічних компонентів передачі енергії. Натомість лінійна сила, що генерується магнітним полем котушки двигуна, безпосередньо пов'язана з навантаженням. Це усуває механічні пристрої, які перетворюють обертовий рух на лінійний, тим самим підвищуючи термін служби, точність, швидкість та загальну продуктивність системи.

Зі зростанням попиту на підвищення продуктивності, вищу якість продукції, швидкий час розробки та зниження інженерних витрат, впровадження технології лінійних двигунів стає все більш популярним завдяки використанню модульних конструкцій лінійних двигунів. Вони використовуються в метрології, системах точного різання, обладнанні для виробництва напівпровідників та електроніки, обробці пластин, літографії, системах візуального контролю, медичному обладнанні та пристроях, тестових системах, аерокосмічній та оборонній промисловості, автоматизації складальних ліній, друкарських та пакувальних застосуваннях, а також у багатьох інших сферах застосування, що потребують високої пропускної здатності та високоточного лінійного руху.

Компоненти лінійного двигуна повинні бути оброблені та зібрані з високою точністю та повторюваними процесами. Правильне вирівнювання цих деталей є критично важливим і вимагає значних деталей проектування та навичок складання.

Сьогодні нове покоління модульних лінійних двигунів змінило правила гри. Готові до роботи модульні лінійні двигуни можна легко прикрутити до системи та одразу ж розпочати роботу, що значно скорочує час проектування. Тепер інженери можуть використовувати потужні переваги технології модульних лінійних двигунів у своїх конструкціях машин за лічені дні, а не за місяці чи навіть роки.

Дев'ять основних компонентів складають системи лінійних двигунів:

1. Базова плита
2. Котушка двигуна
3. Постійна магнітна доріжка (зазвичай неодимові магніти)
4. Каретка, яка з'єднує котушку двигуна з навантаженням
5. Лінійні опорні рейки, по яких направляється каретка та з'єднуються з основою
6. Лінійний енкодер для зворотного зв'язку по положенню
7. Кінцеві зупинки
8. Кабельний маршрут
9. Додаткові сильфони для захисту магнітної доріжки, енкодера та лінійних рейок від забруднення навколишнього середовища.

КОНТУР КЕРУВАННЯ

Компоненти лінійного двигуна повинні бути оброблені та зібрані з високою точністю та повторюваними процесами. Правильне вирівнювання цих деталей є критично важливим і вимагає значної деталізації проектування та навичок складання. Наприклад, магнітна доріжка та рухома котушка двигуна повинні бути плоскими, паралельними та встановленими з певним повітряним зазором між ними. Рухома котушка переміщується на каретці, з'єднаній з паралельними точними лінійними рейками підшипника над магнітною доріжкою. Датчик положення з лінійною шкалою та зчитувальною головкою є ще однією важливою частиною лінійного двигуна, яка вимагає належних процедур вирівнювання та надійної конструкції кріплення, щоб витримувати прискорення до 5 G. У модульних лінійних двигунах ці деталі вже враховані та попередньо спроектовані.

Модульні лінійні двигуни, подібні до показаної, використовуються, коли потрібен точний, високошвидкісний та повторюваний лінійний рух. Система є альтернативою кульково-гвинтовим, ремінним та рейковим приводам.

Для керування рухом лінійного двигуна використовуються складні контролери руху та сервоприводи. Лінійні двигуни мають певну перевагу щодо жорсткості та частотної характеристики. У певних діапазонах частот вони демонструють жорсткість, яка перевершує традиційні кулькові гвинтові двигуни в разючий 10 разів або більше. Завдяки цій властивості лінійні двигуни можуть обробляти високі смуги пропускання петлі положення та швидкості з вражаючою точністю, навіть із зовнішніми збуреннями. На відміну від кулькових гвинтових двигунів, які часто стикаються з резонансними частотами від 10 до 100 Гц, лінійні двигуни працюють на вищих частотах, розміщуючи свої резонанси далеко за межами смуги пропускання петлі положення.

Однак, існує компроміс, пов'язаний з видаленням механічної передачі. Механічні компоненти, такі як кулькові гвинти, допомагають зменшити збурення від сил машини, власних резонансних частот або поперечних вібрацій. Їх усунення робить лінійні двигуни безпосередньо підданими таким збоям. Отже, компенсація цих збоїв стає відповідальністю контролера руху та електроніки приводу, які повинні боротися з ними лоб в лоб — впливаючи безпосередньо на сервовісь. Саме тут вступають у гру сучасні складні алгоритми руху із замкнутим циклом, щоб усунути резонанси та забезпечити чудове керування контуром положення.

У сфері лінійних приводів лінійні двигуни забезпечують виняткову технічну майстерність. Здатність двигунів демонструвати чудову жорсткість і працювати на вищих частотах відрізняє їх від традиційних альтернатив. Завдяки подолання резонансних частот і підтримці високої точності навіть за наявності зовнішніх перешкод, лінійні двигуни пропонують переконливе рішення.

Тим не менш, відсутність механічної передачі вимагає надійних стратегій компенсації для протидії збоям, забезпечуючи постійну продуктивність та надійність системи. Частоти дискретизації контролера руху для контурів швидкості та положення зазвичай починаються з 5 кГц. Вісь лінійного двигуна може мати смугу пропускання контуру положення в п'ять-десять разів більшу, ніж у звичайної осі з обертовим приводом від двигуна, де прийнятними є частоти 1 або 2 кГц. Деякі сучасні контролери руху можуть мати частоту дискретизації 20 кГц або більше, що забезпечує надвисокошвидкісне керування зворотним зв'язком та надточне керування траєкторією.

Оскільки більшість виробників модульних лінійних двигунів також є експертами з керування рухом та сервоприводів, багато проблем, пов'язаних з контурами керування та механічним резонансом, також були добре продумані, і для пом'якшення цих проблем пропонуються рішення та інструменти.

ЗАСТОСУВАННЯ ЛІНІЙНОГО ДВИГУНА

Я отримав цінний досвід використання лінійних двигунів багато років тому, коли з командою інженерів розпочав революційний проект: створення першого у світі лазерного різального верстата на базі лінійного двигуна. Використання лінійних двигунів було ідеальним варіантом для революції в галузі, оскільки традиційні технології лінійних приводів, що керуються обертовими серводвигунами, не могли забезпечити високу продуктивність, яку можна досягти за допомогою лінійних двигунів.

Впровадження цієї технології виявилося нелегким завданням. Заглиблюючись у проєкт, ми зрозуміли, що наш додаток вимагає специфікацій продуктивності лінійного двигуна, яких не було у продажу. Незважаючи на це, ми вирішили розробити лінійні двигуни спеціально для нашого застосування.

Ми зіткнулися з численними викликами, оскільки нам потрібно було переміщати портальну систему вагою 1000 фунтів зі швидкістю 2,5 м/с з прискоренням 1,5 G, а це означало, що нам довелося розробити лінійний двигун, який міг би створювати надзвичайно великі сили. Наша команда наполегливо працювала, витрачаючи незліченну кількість годин на дослідження та розробки, поки ми нарешті не створили лінійний двигун, який міг би задовольнити вимоги нашого лазерного різального верстата. Це був момент гордості, коли ми нарешті побачили наші лінійні двигуни в дії через 14 місяців, які рухали портальну систему з неймовірною швидкістю, легкістю та точністю. Досягнута продуктивність була безпрецедентною. Дивовижно враховувати, наскільки швидше можна було б реалізувати нашу концепцію машини, якби тоді були доступні готові модульні лінійні двигуни.

Технологія лінійних двигунів значно розвинулася з тих пір, як ми розпочали шлях проектування лінійних двигунів у 90-х роках. З появою нових модульних конструкцій потенціал для інновацій та прогресу в проектуванні рухів та лінійних двигунів більший, ніж будь-коли. Модульні лінійні двигуни переосмислюють можливості, пропонуючи швидші, точніші та надійніші можливості керування рухом, які можна швидко розгорнути для широкого спектру застосувань у багатьох галузях промисловості.