Električni aktuator z linearnimi motorji

Večina elektromotorjev je rotacijskih. Hkrati morajo številna delovna telesa proizvodnih strojev v skladu s tehnologijo njihovega dela opravljati translacijske (na primer transporterje, transporterje itd.) Ali izmenično (mehanizmi za dovajanje strojev za rezanje kovin, manipulatorjev, batov in drugih strojev). ).

Preoblikovanje rotacijskega gibanja v translacijsko gibanje se izvaja s posebnimi kinematskimi povezavami: vijačno matico, sferično vijačno gonilo, zobniško letev, ročični mehanizem in drugo.

Naravno je, da konstruktorji delovnih strojev želijo uporabiti motorje, katerih rotor se giblje linearno, za pogon delovnih teles, ki izvajajo gibanje naprej in vzvratno.

Trenutno se električni pogoni razvijajo z uporabo linearnih asinhronih, ventilskih in koračni motorji… Načeloma se lahko kateri koli tip linearnega motorja oblikuje iz rotacijskega motorja z linearnim premikanjem cilindričnega statorja v ravnini.

Idejo o strukturi linearnega indukcijskega motorja lahko dobite tako, da stator indukcijskega motorja obrnete v ravnino. V tem primeru se bo vektor magnetizirajočih sil statorja premikal linearno vzdolž razpona statorja, tj. v tem primeru se ne oblikuje vrtljivo (kot pri običajnih motorjih), temveč potujoče elektromagnetno polje statorja.

Kot sekundarni element se lahko uporabi feromagnetni trak, ki se nahaja z majhno zračno režo vzdolž statorja. Ta trak deluje kot celični rotor. Sekundarni element nosi premikajoče se statorsko polje in se premika linearno s hitrostjo, manjšo od hitrosti statorskega polja za količino linearnega absolutnega zdrsa.

Linearna hitrost potujočega elektromagnetnega polja bo

kjer je τ, m — korak polov — razdalja med sosednjima poloma linearnega asinhronskega motorja.

Hitrost sekundarnega elementa

kjer je sL — relativni linearni zdrs.

Ko je motor napajan s standardno frekvenčno napetostjo, bodo nastale hitrosti polja dovolj visoke (več kot 3 m / s), kar otežuje uporabo teh motorjev za pogon industrijskih mehanizmov. Takšni motorji se uporabljajo za hitre transportne mehanizme. Da bi dosegli nižje vrtilne hitrosti in regulacijo hitrosti linearnega indukcijskega motorja, njegova navitja napaja frekvenčni pretvornik.

riž. 1. Zasnova linearnega enoosnega motorja.

Za načrtovanje linearnega indukcijskega motorja se uporablja več možnosti. Eden od njih je prikazan na sl. 1.Tu se sekundarni element (2) - trak, povezan z delovnim telesom, premika vzdolž vodil 1 pod vplivom potujočega elektromagnetnega polja, ki ga ustvari stator 3. Vendar pa je ta zasnova primerna za montažo z delovnim strojem, je povezan s pomembnimi tokovi uhajanja statorskega polja, zaradi česar bo cosφ motorja nizek.

sl. 2. Cilindrični linearni motor

Za povečanje elektromagnetne povezave med statorjem in sekundarnim elementom se slednji namesti v režo med obema statorjema ali pa je motor zasnovan kot cilinder (glej sliko 2). V tem primeru je stator motorja cev. (1), znotraj katerega so cilindrična navitja (2), ki so navitje statorja. Feromagnetne podložke 3 so nameščene med tuljavami, ki so del magnetnega vezja. Sekundarni element je cevasta palica, ki je prav tako izdelana iz feromagnetnega materiala.

Linearni indukcijski motorji imajo lahko tudi obrnjeno zasnovo, kjer sekundar miruje, medtem ko se stator premika. Ti motorji se običajno uporabljajo v vozilih. V tem primeru se kot sekundarni element uporablja tirnica ali poseben trak, stator pa je nameščen na premičnem vozičku.

Pomanjkljivost linearnih asinhronih motorjev je majhen izkoristek in s tem povezane izgube energije, predvsem v sekundarnem elementu (izgube zdrsa).

Nedavno so se poleg asinhronih začeli uporabljati sinhroni (ventilski) motorji… Zasnova linearnega motorja te vrste je podobna tisti, prikazani na sl. 1. Stator motorja je obrnjen v ravnino, na sekundar pa so nameščeni trajni magneti.Možna je obrnjena varianta zasnove, kjer je stator gibljiv del, sekundarni element trajnega magneta pa miruje. Navitja statorja se preklopijo glede na relativni položaj magnetov. V ta namen je v konstrukciji predviden senzor položaja (4 - na sliki 1).

Linearni koračni motorji se učinkovito uporabljajo tudi za pozicijske pogone. Če je stator koračnega motorja nameščen v ravnini, sekundarni element pa je izdelan v obliki plošče, na kateri so z rezkanjem kanalov oblikovani zobje, potem bo ob ustreznem preklopu statorskih navitij sekundarni element opravil diskretno gibanje, katerega korak je lahko zelo majhen - na delčke milimetra. Obrnjena zasnova se pogosto uporablja, kjer je sekundarna naprava mirujoča.

Hitrost linearnega koračnega motorja je določena z vrednostjo razmika zob τ, številom faz m in preklopno frekvenco

Doseganje visokih hitrosti gibanja ne povzroča težav, saj povečanje delitve in frekvence zobnikov ni omejeno s tehnološkimi dejavniki. Obstajajo omejitve glede najmanjše vrednosti τ, saj mora biti razmerje med korakom in režo med statorjem in sekundarjem vsaj 10.

Uporaba diskretnega pogona omogoča ne le poenostavitev zasnove mehanizmov, ki izvajajo linearno enodimenzionalno gibanje, temveč tudi omogoča pridobitev dvo- ali večosnih gibov z enim samim pogonom.Če sta dva sistema navitij nameščena pravokotno na stator gibljivega dela in so v sekundarnem elementu narejeni utori v dveh pravokotnih smereh, bo gibljivi element opravljal diskretno gibanje v dveh koordinatah, tj. zagotoviti gibanje v ravnini.

V tem primeru se pojavi problem ustvarjanja podpore za premični element. Za rešitev se lahko uporabi zračna blazina - tlak zraka, ki se dovaja v prostor pod gibljivimi elementi. Linearni koračni motorji zagotavljajo relativno nizek potisk in nizko učinkovitost. Njihova glavna področja uporabe so svetlobni manipulatorji, svetlobni montažni stroji, merilni stroji, laserski rezalni stroji in druge naprave.