Применение линейных двигателей в электроприводах

АННОТАЦИЯ

В настоящей статье рассмотрены преимущества применения линейных электродвигателей в электроприводах по сравнению с другими видами приводов, виды линейных электроприводов с линейными асинхронными и линейными синхронными двигателями, области применения электроприводов с линейными двигателями. В статье приводятся технические и экономические характеристики некоторых типов линейных двигателей, подробно описаны возможности линейных электродвигателей серии RACO COMPACT, "Mars".

ABSTRACT

This article discusses the advantages of using linear electric motors in electric drives in comparison with other types of drives, types of linear electric drives with linear asynchronous and linear synchronous motors, areas of application of electric drives with linear motors. The article provides technical and economic characteristics of some types of linear motors, the capabilities of linear electric motors of the RACO COMPACT, "Mars" series are described in detail.

Ключевые cлова: Линейный электродвигатель; актуаторы; ЛАД – линейный асинхронный двигатель; ЛСД - линейный синхронный двигатель; прямой привод; точность позиционирования; динамичность; надёжность; компактность; гибкость, программное управление; переналаживаемость; линейные двигатели с односторонней и двухсторонней магнитной дорогой; робототехнические системы, транспортные системы, многокоординатные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры.

Keywords: Linear electric motor; actuators; LAD - linear asynchronous motor; LSD - linear synchronous motor; direct drive; positioning accuracy; dynamism; reliability; compactness; flexibility, programmed control; adaptability; linear motors with one-way and two-way magnetic road; robotic systems, transport systems, multi-axis CNC machines, machining centers.

В большинстве электроприводов применяются двигатели вращательного движения. При использовании их для привода рабочих машин и механизмов с поступательным движением исполнительных органов (механизмов подач металлообрабатывающих станков, передвижения мостовых кранов, кузнечно-прессовых машин, транспортёров, задвижек и т.д.) требуется применение механических передач для преобразования вращающего движения вала в поступательное. К ним относятся кривошипно-шатунный механизм, передачи шестерня – рейка, винт – гайка и др.

Следовательно появилось стремление использовать в таких ЭП двигатель поступательного движения, что позволило бы отказаться от применения механической передачи и таким образом повысить технические п экономические показатели работы электроприводов и технологического оборудования. Реализация этого стремления выразилось в разработке линейных двигателей постоянного переменного тока, в частности ЛАД – линейный асинхронный и ЛСД - линейный синхронный двигатели.[1]

Линейный двигатель состоит из металлического сердечника-магнита и статорной обмотки. При подаче тока определенной полярности в обмотку сердечник сместится в ту или иную сторону, причем практически мгновенно. Изменение полярности сигнала на обмотку приведет к обратному ходу сердечника. Линейный асинхронный двигатель можно представить как распиленный электромотор с одной стороны и распрямленный в одну линию.

Рисунок 1. ЛАД плоской (а), трубчатой (б) конструкций и схема ЭП транспортёра с ЛАД (в):

1 – обмотка ротора; 2 – ротор; 3 – статор; 4 – обмотка статора; 5 – трубчатый статор; 6 – катушка статора; 7 – металлические шайбы; 8 – подвижный элемент; 9 – перемещаемые изделия; 10 – металлическая лента; 11 – барабаны; 12 – статор.

Линейные двигатели для переменного и постоянного напряжения ещё называются актуаторами, при помощи которых можно передвигать большие грузы точным и надёжным способом. Актуаторы являются хорошей заменой гидравлическим или пневматическим приводам. Основой системы является электродвигатель с винтовой или шариковинтовой передачей, преобразующей вращение в движение штока.

Электроприводы с линейными двигателями имеют ряд преимуществ перед пневматическими или гидравлическими приводами:

• не требуется подвод энергии в промежуточных положениях движения или во время остановки;
• нет масляных протечек, безопасен для окружающей среды;
• малые затраты на эксплуатацию и обслуживание.

Электроприводы с линейными двигателями коротко называют прямым приводом. Прямой привод – это электрическая машина с непосредственным преобразованием электромагнитной энергии в линейное или поворотное перемещение. Область применения прямого привода очень разнообразна – это производство полупроводниковых изделий и радиоэлектроники, системы перемещения предметов, медицинская техника, оборудование для торговли и бытовая техника, электротранспортные системы, оборудование для упаковки, промышленные станки и технологическое оборудование, полиграфическое оборудование и множительная техника, военная техника.

Линейные двигатели обладают рядом преимуществ:

• точность позиционирования в области нанометров, высокая равномерность хода, высокая статическая жесткость привода. Суммарная ошибка по координате не более 10мкм при величине перемещения до 1м;
• динамичность, высокие ускорения, высокие конечные скорости, до 9 м/с;
• надёжность, отсутствие износа и высокая точность в течение всего срока службы изделия, низкие уровни шума и вибрации, малое число компонентов, образующих систему;
• компактность, малые габариты, легкая интеграция в имеющиеся конструкции;
• гибкость, программное управление и   переналаживаемость, системы с несколькими подвижными каретками и многокоординатные системы, малое количество компонентов в системе, простота, удобство монтажа и настройки.[1]

Линейные электродвигатели серии RACO COMPACT известны благодаря своими небольшими размерами и большой мощности. RACO COMPACT хорошо подходит для очень частых и повторяющихся движений. Имеющиеся модели перекрывают мощности в широком диапазоне (усилие до 4-х тонн!). RACO COMPACT с мотором переменного тока рассчитаны на напряжения  230 VAC / 400 VAC или 24 VAC.

Различают линейные двигатели с односторонней и двухсторонней магнитной дорогой. Линейные двигатели "Mars" серии 1ML –двигатели с односторонней магнитной дорогой. Между якорем и магнитной дорогой большая сила притяжения – идеальный вариант для систем, где необходимо создать предварительное натяжение подшипника. Предварительное натяжение убирает люфты в направляющих. Особенностью двигателей данной серии являются малые габариты и легкая интеграция в имеющиеся конструкции. Они применяются в следующих областях: машиностроение, транспортные и робототехнические системы, высоко динамичное оборудование, cтанки, системы оптичеcкого контроля и лазерной резки, упаковочные машины.[3]

Линейные двигатели "Mars" серии 2ML – это синхронные симметричные двигатели с двухсторонней магнитной дорогой. Малый воздушный зазор между якорем и магнитной дорогой (0.6мм) обеспечивается линейными направляющими качения. Между магнитной дорогой и якорем небольшая сила притяжения, т.е. небольшая нагрузка на линейные направляющие, а значит – максимальное время жизни направляющих, высокие динамические характеристики. Применения: машиностроение, робототехнические системы, транспортные системы, многокоординатные станки с ЧПУ, обрабатывающие центры, требующие максимальных динамических характеристик.

Основные характеристики:

• Диапазон тяговых усилий 130-1000 N;
• Кратность максимального усилия 2-3;
• Встроенный датчик тепловой защиты;
•  Степень защиты IP65;
•  Класс нагревостойкости изоляции F.

Список литературы:

1. Белов М.П. Автоматизированный электропривод типовых производственных механизмов и технологических комплексов. М.: Академия, 2007.
2. Москаленко В.В. Электрический привод. М.: Академия, 2007.
3. Онищенко Г.Б. Электрический привод. М.: Академия, 2006.