Elektrische actuator met lineaire motoren

De meeste elektromotoren zijn roterend. Tegelijkertijd moeten veel werkende lichamen van productiemachines, afhankelijk van de technologie van hun werk, translationeel (bijvoorbeeld transportbanden, transportbanden, enz.) Of heen en weer bewegen (mechanismen voor het voeden van metaalsnijmachines, manipulatoren, zuigers en andere machines ).

De transformatie van roterende beweging in translatiebeweging wordt uitgevoerd door middel van speciale kinematische verbindingen: schroefmoer, sferische schroefoverbrenging, tandheugel, krukmechanisme en andere.

Het is normaal dat de constructeurs van werkende machines motoren willen gebruiken waarvan de rotor lineair beweegt om de werkende lichamen aan te drijven die een voorwaartse en heen en weer gaande beweging uitvoeren.

Momenteel worden elektrische aandrijvingen ontwikkeld met behulp van lineaire asynchrone, klep- en stappen motoren… In principe kan uit een rotatiemotor elk type lineaire motor worden gevormd door de cilindrische stator lineair in een vlak te verplaatsen.

Een idee van de structuur van een lineaire inductiemotor kan worden verkregen door de stator van de inductiemotor in een vlak te draaien. In dit geval zal de vector van magnetiserende krachten van de stator lineair langs de overspanning van de stator bewegen, d.w.z. in dit geval wordt geen roterend (zoals bij conventionele motoren), maar een bewegend elektromagnetisch veld van de stator gevormd.

Als secundair element kan een ferromagnetische strip met een kleine luchtspleet langs de stator worden gebruikt. Deze strip werkt als een celrotor. Het secundaire element wordt gedragen door het bewegende statorveld en beweegt lineair met een snelheid die lager is dan de snelheid van het statorveld met de hoeveelheid lineaire absolute slip.

De lineaire snelheid van het voortbewegende elektromagnetische veld zal zijn

waarbij τ, m - poolafstand - de afstand tussen aangrenzende polen van een lineaire asynchrone motor.

Snelheid secundair element

waar sL — relatieve lineaire slip.

Wanneer de motor wordt gevoed met standaardfrequentiespanning, zullen de resulterende veldsnelheden voldoende hoog zijn (meer dan 3 m / s), wat het moeilijk maakt om deze motoren te gebruiken om industriële mechanismen aan te drijven. Dergelijke motoren worden gebruikt voor snelle transportmechanismen. Om lagere loopsnelheden en snelheidsregeling van een lineaire inductiemotor te verkrijgen, worden de wikkelingen aangedreven door een frequentieomvormer.

Rijst. 1. Het ontwerp van de lineaire uniaxiale motor.

Er worden verschillende opties gebruikt om een ​​lineaire inductiemotor te ontwerpen. Een ervan wordt getoond in Fig. 1.Hier beweegt het secundaire element (2) - een tape die is verbonden met het werklichaam, langs de geleiders 1 onder invloed van een bewegend elektromagnetisch veld gecreëerd door de stator 3. Dit ontwerp is echter handig voor montage met een werkende machine, het gaat gepaard met aanzienlijke lekstromen van het statorveld, waardoor de cosφ van de motor laag zal zijn.

Afb. 2. Cilindrische lineaire motor

Om de elektromagnetische verbinding tussen de stator en het secundaire element te vergroten, wordt dit laatste in de gleuf tussen de twee stators geplaatst, of is de motor ontworpen als een cilinder (zie figuur 2). In dit geval is de motorstator een buis (1), waarbinnen zich cilindrische wikkelingen bevinden (2) die de statorwikkeling zijn. De ferromagnetische ringen 3 zijn geplaatst tussen de spoelen die deel uitmaken van het magnetische circuit. Het secundaire element is een buisvormige staaf, die ook is gemaakt van ferromagnetisch materiaal.

Lineaire inductiemotoren kunnen ook een omgekeerd ontwerp hebben waarbij de secundaire motor stilstaat terwijl de stator beweegt. Deze motoren worden over het algemeen gebruikt in voertuigen. In dit geval wordt een rail of een speciale tape als secundair element gebruikt en wordt de stator op een beweegbare wagen geplaatst.

Het nadeel van lineaire asynchrone motoren is het lage rendement en de bijbehorende energieverliezen, voornamelijk in het secundaire element (slipverliezen).

Onlangs begonnen ze, naast asynchroon, te worden gebruikt synchrone (kleppen) motoren… Het ontwerp van een lineaire motor van dit type is vergelijkbaar met die getoond in afb. 1. De stator van de motor wordt in een vlak veranderd en permanente magneten worden op de secundaire geplaatst.Een omgekeerde ontwerpvariant is mogelijk waarbij de stator een beweegbaar onderdeel is en het secundaire element met permanente magneet stationair is. De statorwikkelingen worden geschakeld afhankelijk van de relatieve positie van de magneten. Hiervoor is in het ontwerp een positiesensor (4 — in afb. 1) voorzien.

Lineaire stappenmotoren worden ook effectief gebruikt voor positionele aandrijvingen. Als de stator van de stappenmotor in het vlak wordt ingezet en het secundaire element is gemaakt in de vorm van een plaat, waarop tanden worden gevormd door de kanalen te frezen, dan zal het secundaire element met geschikte schakeling van de statorwikkelingen presteren een discrete beweging, waarvan de stap heel klein kan zijn - tot fracties van een millimeter. Een omgekeerd ontwerp wordt vaak gebruikt wanneer de secundaire stationair is.

De snelheid van een lineaire stappenmotor wordt bepaald door de waarde van de tandafstand τ, het aantal fasen m en de schakelfrequentie

Het verkrijgen van hoge bewegingssnelheden levert geen problemen op, aangezien de toename van de verdeling en frequentie van versnellingen niet wordt beperkt door technologische factoren. Er zijn beperkingen op de minimumwaarde van τ, aangezien de verhouding van de spoed tot de opening tussen de stator en de secundaire ten minste 10 moet zijn.

Het gebruik van een discrete aandrijving vereenvoudigt niet alleen het ontwerp van mechanismen die een lineaire eendimensionale beweging uitvoeren, maar maakt het ook mogelijk om twee- of meerassige bewegingen te verkrijgen met behulp van een enkele aandrijving.Als twee wikkelsystemen orthogonaal op de stator van het beweegbare deel worden geplaatst en groeven in het secundaire element in twee loodrechte richtingen worden gemaakt, dan zal het beweegbare element een discrete beweging uitvoeren in twee coördinaten, d.w.z. zorgen voor beweging in een vlak.

In dit geval doet zich het probleem voor van het creëren van ondersteuning voor het beweegbare element. Om dit op te lossen, kan een luchtkussen worden gebruikt - de druk van de lucht die wordt toegevoerd aan de ruimte onder de bewegende elementen. Lineaire stappenmotoren zorgen voor een relatief lage stuwkracht en een laag rendement. Hun belangrijkste toepassingsgebieden zijn lichtmanipulatoren, lichte assemblagemachines, meetmachines, lasersnijmachines en andere apparaten.