Линейные двигатели и приводы отвечают потребностям автоматизации

Dec 09, 2023

Линейные двигатели и приводы теперь конкурентоспособны по цене с шарико-винтовыми и ременными приводами и обеспечивают явно превосходную маневренность и пропускную способность для сложных приложений позиционирования. Новые микродвигатели и приводы помогают автоматизировать задачи, которые ранее были невыполнимы. Прямые линейные приводы все чаще заменяют пневматические цилиндры с сервоуправлением, обеспечивая надежность и управляемость, не требуя затрат, шума и обслуживания воздушных компрессоров.

Руководствуясь требованиями полупроводниковой промышленности, производители линейных двигателей постоянно повышают точность, снижают цены, разрабатывают несколько типов двигателей и упрощают интеграцию в оборудование автоматизации. Современные линейные двигатели обеспечивают пиковое ускорение 20 g и скорость 10 метров в секунду, обеспечивают непревзойденную динамическую маневренность, сводят к минимуму техническое обслуживание и увеличивают время безотказной работы. Они вышли за рамки специализированного использования в полупроводниковой промышленности и обеспечили повышенную производительность во множестве приложений.

Технология линейного прямого привода, в десять раз превышающая скорость и срок службы шариковинтовых пар, часто является единственным решением для автоматизации, повышающей производительность.

Динамические характеристики традиционных механизмов позиционирования ограничены ходовыми винтами, зубчатыми передачами, ременными передачами и гибкими муфтами, которые вызывают гистерезис, люфт и износ. Точно так же пневматические приводы страдают от массы поршня и трения поршень-цилиндр, а также от сжимаемости воздуха, что усложняет сервоуправление. Линейные двигатели и приводы избавляются от массы и инерции обычных позиционеров и освобождаются от этих фундаментальных ограничений, обеспечивая непревзойденную динамическую жесткость.

Создание прямой движущей силы позволяет линейным двигателям и приводам достигать полосы пропускания с обратной связью, недоступной при использовании альтернативных механизмов позиционирования. Двигатель и привод способны в полной мере использовать преимущества современных контроллеров. Эти контроллеры настроены на работу с высоким усилением контура, обеспечивая управление широкой полосой пропускания, быстрое установление и быстрое восстановление после переходных помех.

Линейные двигатели и приводы превосходно справляются с перемещениями на миллиметры, которые работают в зоне статического трения. Их малая масса и минимальное статическое трение минимизируют движущую силу, необходимую для начала движения, и упрощают задачу системы управления по предотвращению перерегулирования при остановке. Эти атрибуты позволяют двигателям и приводам с прямым приводом, например, сканировать предметные стекла микроскопа и наносить на карту координаты XY артефактов, разделенных всего лишь миллиметрами.

Приложения, требующие быстрых повторяющихся движений, могут использовать широкую полосу пропускания линейного привода, чтобы удвоить пропускную способность шарико-винтовой передачи или ременной передачи. Машины, нарезающие рулоны материала по длине (бумага, пластик и даже подгузники), максимизируют производительность, работая без остановки потока материала. Для резки на ходу такие машины ускоряют режущее лезвие, чтобы синхронизировать его с потоком материала, перемещаются со скоростью материала к месту резки, а затем начинают резку. После резки лезвие возвращается в исходную точку в ожидании следующего цикла резки туда и обратно.

Доступны три основные конфигурации линейных двигателей: плоские, U-образные и трубчатые. У каждого двигателя есть свои преимущества и ограничения.

Двигатели с плоской платформой, предлагая неограниченный ход и максимальную движущую силу, создают значительное и нежелательное магнитное притяжение между силовым элементом, несущим нагрузку, и дорожкой постоянного магнита двигателя. Для этой силы притяжения необходимы подшипники, способные выдержать дополнительную нагрузку.

U-образный двигатель с сердечником без железа имеет низкую инерцию и, следовательно, максимальную маневренность. Однако несущие нагрузку магнитные катушки силового агрегата перемещаются глубоко внутри U-образной рамы, ограничивая отвод тепла.

Трубчатые линейные двигатели прочны, термически эффективны и просты в установке. Они обеспечивают замену шариковых винтовых пар и пневматических позиционеров. Постоянные магниты трубчатого двигателя заключены в трубку из нержавеющей стали (упорный стержень), которая поддерживается с обоих концов. Без дополнительной опоры упорного стержня перемещение груза ограничивается 2–3 метрами, в зависимости от диаметра упорного стержня.