Линейные двигатели

Производители серводвигателей предлагают различные линейные двигатели, такие как Fanuc (Япония), Mitsubishi (Япония), Sew-eurodrive (Германия), Siemens (Германия), ABB и др.

Преимущества линейных двигателей перед серводвигателями:

точность позиционирования;

возможность сверхмалых подач (микроны);

высокая скорость (свыше 3 м/с) и высокое ускорение (80 м/с2);

отсутствие мертвого хода;

низкий уровень шума даже при максимальной скорости;

возможность реализации малых рабочих ходов;

отсутствие упругих деформаций элементов привода (зубчатый ремень, винт ШВП);

длительный срок службы и надежность.

Состав типовой сервосистемы на основе линейного двигателя (рис. 1):

линейный двигатель, состоящий из первичной и вторичной секций;

блок управления (не показан на рисунке);

рабочий стол;

направляющие качения;

датчик обратной связи;

кабелеукладочная цепь;

ограничитель хода;

буфер.

Линейный двигатель состоит из двух частей - это первичная и вторичная секция. Первичная секция соответствует статору вращающегося двигателя, включает в себя шихтованный магнитопровод и температурный датчик. Вторичная секция представляет собой ротор, который состоит из стального несущего каркаса с магнитами. Линейный двигатель - это вращающийся двигатель, принципы работы которого остаются неизменными (рис.2). Однако в линейном двигателе движение совершает первичная секция (обмотка), в то время как вторичная секция (ротор) остается неизменной.

При увеличении зазора нагрузочная способность двигателя уменьшается. На величину и точность зазора влияют направляющие прямолинейного движения и рабочий стол, поэтому для нормальной работы линейного двигателя необходимо выдержать этот зазор между первичной и вторичной секциями.

Линейный двигатель также как и серводвигатель управляется за счет блока управления, при этом на одной оси можно установить две первичные секции, которые работают параллельно от одного блока управления. Они должны быть одного типоразмера и иметь одинаковый тип обмотки.

Температурный режим является очень важным моментом для линейных двигателей, поэтому производители предлагают двигатели с воздушным и водяным (масляным) охлаждением. Это может быть один и тот же двигатель, работающий в разных режимах. На рис. 3 показана простая схема системы водяного охлаждения.

На рис. 4 (а) изображена система воздушного охлаждения первичной секции двигателя фирмы Sew-Eurodrive с вентилятором. На рис. 4 (б) показан линейный двигатель Siemens с дополнительным водяным радиатором направленного охлаждения.

Линейные двигатели оснащают датчиком температуры, который предотвращает перегрев. Датчик отключается при достижении двигателем температуры обмотки ≈ 120ºС. Основными характеристиками линейного двигателя являются:

номинальное тяговое усилие FN, H;

максимальное тяговое усилие Fmax, H;

максимальная скорость Vmax, м/с;

сила магнитного притяжения первичной секции – длина L, мм и ширина B, мм.

На рис.5 показана зависимость тягового усилия от линейной скорости. Номинальное усилие FN определяется при помощи температурного режима. При максимальном усилии двигатель способен работать ограниченное время, причем не во всем диапазоне скоростей.

В таблице 1 приведены данные характеристик линейных двигателей от различных производителей. Номинальное тяговое усилие приводится при воздушном и водяном охлаждении (разделены знаком «/»).

Таблица 1. Характеристики линейных двигателей

Fmax, H	Mitsubishi(тип HALM 12, 14)				Sew-Eurodrive (тип SL2-Basic)				Siemens (тип 1FN3)				Рухсервомотор (тип LSM-36)
	FN, H	Fd, H	Vmax,м/с	m, кг	FN, H	Fd, H	Vmax,м/с	LxB,мм	FN, H	Fd, H	Vmax,м/с	LxB,мм	FN, H	Fd, H	Vmax,м/с	LxB,мм
250	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	212 / 109	900	10,0	163х65
500	-	-	-	-	-	-	-	-	200 / 100	1330	5,3	150x96	418 / 214	1800	10,0	163x90
650	-	-	-	-	- / 280	1480	8,0	192x84	-	-	-	-	-	-	-	-
750	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	617 / 316	2750	8,1	163x120
1100	-	-	-	-	-	-	-	-	450 / 225	2650	8,3	255x96	836 / 429	3600	6,0	307x90
1300	-	-	-	-	- / 560	2880	6,9	368x84	-	-	-	-	-	-	-	-
1500	250/500	3750	2	8,5	-	-	-	-	-	-	-	-	1234 / 633	5500	7,0	307x120
2000	-	-	-	-	- / 840	4300	6,4	544x84	-	-	-	-	1559 / 796	7300	10,0	307x145
2750	-	-	-	-	-	-	-	-	1125 / 550	6630	4,3	570x96	-	-	-	-
3000	500/1000	7500	2	15	-	-	-	-	-	-	-	-	2339 / 1193	11000	7,6	451x145
3500	-	-	-	-	1225 / 610	6870	13,0	382x141	-	-	-	-
4000	-	-	-	-	- / 1800	8570	6,9	544x134	-	-	-	-	-	-	-	-
4500	750/1500	11250	2	22	-	-	-	-	-	-	-	-	3394 / 1727	16500	5,1	451x195
5200	-	-	-	-	-	-	-	-	1930 / 965	10300	14,0	543x141	-	-	-	-
5800	-	-	-	-	- / 2700	12860	6,4	544x184	-	-	-	-	-	-	-	-
6000	1000/2000	15000	2	27	-	-	-	-	-	-	-	-	4526 / 2303	22000	3,8	595x195
7700	-	-	-	-	- / 3600	17000	6,4	720x184	2895 / 1450	15450	8,7	543x188	5657 / 2878	27500	3,0	739x195
9000	1500/3000	22500	2	40	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-	-
10000	-	-	-	-	- / 4500	21430	3,5	544x284	3860 / 1930	20600	8,7	704x188	-	-	-	-
12500	2000/4000	30000	2	53	- / 6000	28450	3,3	720x284	-	-	-	-	-	-	-	-
14000	-	-	-	-	-	-	-	-	5220 / 2600	27460	4,3	704x248	-	-	-	-

Исходные данные для расчета:

масса движущихся частей М, кг; коэффициент трения направляющих, µ;

рабочий ход L, мм; направление оси перемещения – горизонтальное, вертикальное, под углом к горизонтали;

рабочие усилия Fc, Н;

максимальная скорость перемещения Vmax, м/с;

время ускорения ta, сек;

температура окружающей среды t, ºС.

Циклограммы нагружения, скорости и ускорения необходимы для правильного выбора линейного двигателя (рис.6). Циклограмма ускорения является производной, ускорение а, м/с2 определяют по формуле а = V ÷ ta.

Данный расчет предполагает, что вторичная секция линейного двигателя является неподвижной. На первом этапе подбираем двигатель, применив следующую формулу

Fmax = 1,5 ∙ (Fg + Fa),

где Fg, Н – эффективная составляющая гравитационной силы (рис.7, а); Fa– сила энерции при разгоне.

По данным производителя выбираем двигатель с необходимым Fmax и потребной скоростью Vmax, далее определяем силу трения Fr, Н, которая возникает в направляющих качения (рис.7, б) по формуле:

Fmax = µ ∙ (Fn + Fd),

где Fn – нормальная составляющая силы трения; Fd – сила магнитного притяжения первичной секции. Записываем : Fr = µ ∙ [(М+m) ∙ g ∙ sin α + Fd], где µ, кг – масса первичной секции.

Сила трения зависит также от коэффициентов трения покоя, скорости движения, скольжения и силы прижатия клина направляющей. На рис.8 (а) приведена циклограмма именно для такого случая.

Определяем силу инерции Fa, Н, возникающую при разгоне/торможении двигателя, используя формулу Fa = (M+m) ∙ a.

Сумма сил определяем при помощи уравнения:

Fm = Fc + Fg + Fa + Fr.

Необходимо построить циклограммы всех действующих сил и результирующую циклограмму (рис.8) и точно определить максимально потребную силу Fmax, Н. Предварительно выбранный двигатель должен развивать максимальное тяговое усилие, кроме этого необходимо определить номинальное усилие, при котором двигатель может работать продолжительное время. Номинальное тяговое усилие FN, Н, ограничивается температурой двигателя и определяется формулой:

При ступенчатой результирующей циклограмме нагружение (рис.8, б) (направляющие качения) FN = √1/t ∙ (F12t1 + F22t2 + F32t3 + … + Fn2tn).

После выбора первичной секции выбираем вторичную секцию. Длина вторичной секции (рис.9, а) Ls, мм определяется по формуле Ls ≥ L + Lp + (2 ∙ SE), где L, мм – рабочий ход; Lp, мм – активная длина первичной секции; SE, мм – запас хода на переключение (≈20 мм). На одной вторичной секции можно устанавливать несколько первичных (рис.9, б). При этом длину вторичной секции нужно увеличить на длину первичной секции и на зазор между ними.

Требуемый ход можно обеспечить за счет набора вторичных секций различной длины, при этом выгодно использовать большое число коротких сегментов вместо нескольких длинных.

Можно выбрать несколько двигателей с разными размерами и с равными максимальными и номинальными тяговыми усилиями.

Рекомендации при выборе линейного двигателя:

При равном номинальном усилии линейный двигатель с водяным охлаждением будет меньше, значит дешевле, при этом к стоимости двигателя прибавится и стоимость системы охлаждения.

Рекомендуется использовать водяное охлаждение для двигателей с интенсивным рабочим циклом.

При малом рабочем ходе (менее 1 м) следует выбирать двигатель с меньшей длиной и большей шириной первичной секции. При перемещениях свыше 1 м – первичную секцию большей длины и меньшей ширины.

Т.к. максимальная скорость линейного двигателя зависит от значения тока, то следует выбирать двигатель с меньшей скоростью, более близкой к потребной.

Наша компания осуществляет поставку двигателей Siemens, ABB, Sew Eurodrive, Control Techniques, Leroy Somer, Lenze, Indramat и других мировых брендов.

Для того, чтобы купить продукцию в нашей компании, достаточно позвонить по телефону 8-800-333-33-85 (звонок бесплатный) или отправить заявку с сайта.

Найти подходящее решение именно для вашего бизнеса помогут квалифицированные специалисты нашей компании.

Задать вопрос специалисту

Если Вы хотите сделать заказ, можете связаться с нами через форму обратной связи либо по телефону:

Телефон / факс: +7 (495) 649 80 55

Электронная почта: