Elektrisk aktuator med lineære motorer

De fleste elektriske motorer er roterende. Samtidig skal mange arbejdslegemer af produktionsmaskiner, i henhold til teknologien i deres arbejde, udføre translationelle (f.eks. transportører, transportører osv.) eller frem- og tilbagegående (mekanismer til fodring af metalskæremaskiner, manipulatorer, stempler og andre maskiner ).

Omdannelsen af ​​roterende bevægelse til translationel bevægelse udføres ved hjælp af specielle kinematiske forbindelser: skruemøtrik, sfærisk skruegear, gearstang, krumtapmekanisme og andre.

Det er naturligt, at konstruktører af arbejdsmaskiner ønsker at bruge motorer, hvis rotor bevæger sig lineært for at drive de arbejdende organer, der udfører fremadgående og frem- og tilbagegående bevægelser.

I øjeblikket udvikles elektriske drev ved hjælp af lineær asynkron, ventil og stepmotorer… I princippet kan enhver type lineær motor dannes af en roterende motor ved lineært at bevæge den cylindriske stator i et plan.

En idé om strukturen af ​​en lineær induktionsmotor kan opnås ved at omdanne induktionsmotorstatoren til et plan. I dette tilfælde vil vektoren for statorens magnetiserende kræfter bevæge sig lineært langs statorens spændvidde, dvs. i dette tilfælde dannes der ikke en roterende (som i konventionelle motorer), men et bevægende elektromagnetisk felt af statoren.

Som et sekundært element kan der anvendes en ferromagnetisk strimmel placeret med en lille luftspalte langs statoren. Denne strimmel fungerer som en cellerotor. Det sekundære element bæres af det bevægelige statorfelt og bevæger sig lineært med en hastighed, der er mindre end statorfeltets hastighed med mængden af ​​lineær absolut slip.

Den lineære hastighed af det vandrende elektromagnetiske felt vil være

hvor τ, m — polpitch — afstanden mellem tilstødende poler på en lineær asynkronmotor.

Sekundært elementhastighed

hvor sL — relativ lineær slip.

Når motoren forsynes med standard frekvensspænding, vil de resulterende felthastigheder være tilstrækkelig høje (mere end 3 m/s), hvilket gør det vanskeligt at bruge disse motorer til at drive industrielle mekanismer. Sådanne motorer bruges til højhastighedstransportmekanismer. For at opnå lavere kørehastigheder og hastighedskontrol af en lineær induktionsmotor, drives dens viklinger af en frekvensomformer.

Ris. 1. Designet af den lineære enaksede motor.

Der bruges flere muligheder til at designe en lineær induktionsmotor. En af dem er vist i fig. 1.Her bevæger det sekundære element (2) - et bånd forbundet til arbejdslegemet, sig langs styrene 1 under påvirkning af et bevægende elektromagnetisk felt skabt af statoren 3. Dette design er imidlertid praktisk til samling med en arbejdsmaskine, det er forbundet med betydelige lækstrømme af statorfeltet, som følge heraf vil cosφ af motoren være lav.

Fig. 2. Cylindrisk lineær motor

For at øge den elektromagnetiske forbindelse mellem statoren og det sekundære element placeres sidstnævnte i spalten mellem de to statorer, eller motoren er udformet som en cylinder (se fig. 2) I dette tilfælde er motorstatoren et rør (1), inden i hvilken der er cylindriske viklinger (2), som er statorviklingen. De ferromagnetiske skiver 3 er placeret mellem spolerne, der er en del af det magnetiske kredsløb. Det sekundære element er en rørformet stang, som også er lavet af et ferromagnetisk materiale.

Lineære induktionsmotorer kan også have et omvendt design, hvor sekundæren er stationær, mens statoren bevæger sig. Disse motorer bruges generelt i køretøjer. I dette tilfælde bruges en skinne eller et specielt bånd som et sekundært element, og statoren er placeret på en bevægelig vogn.

Ulempen ved lineære asynkronmotorer er den lave effektivitet og tilhørende energitab, hovedsageligt i det sekundære element (sliptab).

For nylig, ud over asynkron, begyndte de at blive brugt synkrone (ventil) motorer… Designet af en lineær motor af denne type svarer til det, der er vist i fig. 1. Motorens stator omdannes til et plan, og permanente magneter er placeret på sekundæren.En omvendt designvariant er mulig, hvor statoren er en bevægelig del, og permanentmagnetens sekundære element er stationært. Statorviklingerne skiftes afhængigt af magneternes relative position. Til dette formål er der tilvejebragt en positionssensor (4 — i fig. 1).

Lineære stepmotorer bruges også effektivt til positionelle drev. Hvis stepmotorens stator er indsat i planet, og det sekundære element er lavet i form af en plade, på hvilken tænder dannes ved fræsning af kanalerne, vil det sekundære element udføres med passende omskiftning af statorviklingerne en diskret bevægelse, hvis trin kan være meget lille - til brøkdele af en millimeter. Et omvendt design bruges ofte, hvor det sekundære er stationært.

Hastigheden af ​​en lineær stepmotor bestemmes af værdien af ​​tandadskillelsen τ, antallet af faser m og koblingsfrekvensen

At opnå høje bevægelseshastigheder skaber ikke vanskeligheder, da stigningen i opdelingen og frekvensen af ​​gear ikke er begrænset af teknologiske faktorer. Der findes begrænsninger på minimumsværdien af ​​τ, da forholdet mellem stigningen og afstanden mellem statoren og sekundæren skal være mindst 10.

Brugen af ​​et diskret drev gør det ikke kun muligt at forenkle designet af mekanismer, der udfører lineær endimensionel bevægelse, men gør det også muligt at opnå to- eller fleraksebevægelser ved hjælp af et enkelt drev.Hvis to viklingssystemer er placeret ortogonalt på den bevægelige dels stator, og der er lavet riller i det sekundære element i to vinkelrette retninger, så vil det bevægelige element udføre diskret bevægelse i to koordinater, dvs. give bevægelse i et fly.

I dette tilfælde opstår problemet med at skabe støtte til det bevægelige element. For at løse det kan en luftpude bruges - trykket af luften, der tilføres rummet under de bevægelige elementer. Lineære stepmotorer giver relativt lavt tryk og lav effektivitet. Deres hovedanvendelsesområder er lysmanipulatorer, lette montagemaskiner, målemaskiner, laserskæremaskiner og andre enheder.