Elektrisk aktuator med lineære motorer

De fleste elektriske motorer er roterende. Samtidig må mange arbeidende kropper av produksjonsmaskiner, i henhold til teknologien i arbeidet deres, utføre translasjonelle (for eksempel transportører, transportører, etc.) eller frem- og tilbakegående (mekanismer for mating av metallskjæremaskiner, manipulatorer, stempler og andre maskiner ).

Transformasjonen av roterende bevegelse til translasjonsbevegelse utføres ved hjelp av spesielle kinematiske forbindelser: skruemutter, sfærisk skrueutstyr, tannstang, sveivmekanisme og andre.

Det er naturlig for konstruktører av arbeidsmaskiner å ønske å bruke motorer hvis rotor beveger seg lineært for å drive arbeidskroppene som utfører frem- og tilbakegående bevegelser.

For tiden utvikles elektriske stasjoner ved hjelp av lineær asynkron, ventil og trinnmotorer… I prinsippet kan enhver type lineærmotor dannes av en rotasjonsmotor ved å lineært bevege den sylindriske statoren i et plan.

En ide om strukturen til en lineær induksjonsmotor kan fås ved å gjøre induksjonsmotorstatoren om til et plan. I dette tilfellet vil vektoren av magnetiserende krefter til statoren bevege seg lineært langs statorens spenn, dvs. i dette tilfellet dannes det ikke en roterende (som i konvensjonelle motorer), men et bevegelig elektromagnetisk felt av statoren.

Som et sekundærelement kan en ferromagnetisk stripe plassert med et lite luftgap langs statoren brukes. Denne stripen fungerer som en cellerotor. Det sekundære elementet bæres av det bevegelige statorfeltet og beveger seg lineært med en hastighet mindre enn hastigheten til statorfeltet med mengden av lineær absolutt slip.

Den lineære hastigheten til det bevegelige elektromagnetiske feltet vil være

hvor τ, m — polstigning — avstanden mellom tilstøtende poler til en lineær asynkronmotor.

Sekundær elementhastighet

hvor sL — relativ lineær glidning.

Når motoren leveres med standard frekvensspenning, vil de resulterende felthastighetene være tilstrekkelig høye (mer enn 3 m/s), noe som gjør det vanskelig å bruke disse motorene til å drive industrielle mekanismer. Slike motorer brukes til høyhastighets transportmekanismer. For å oppnå lavere kjørehastigheter og hastighetskontroll for en lineær induksjonsmotor, drives dens viklinger av en frekvensomformer.

Ris. 1. Utformingen av den lineære enaksede motoren.

Flere alternativer brukes til å designe en lineær induksjonsmotor. En av dem er vist i fig. 1.Her beveger det sekundære elementet (2) - et bånd koblet til arbeidslegemet, seg langs føringene 1 under påvirkning av et bevegende elektromagnetisk felt skapt av statoren 3. Imidlertid er denne utformingen praktisk for montering med en arbeidsmaskin, den er forbundet med betydelige lekkasjestrømmer i statorfeltet, som et resultat av at cosφ til motoren vil være lav.

Fig. 2. Sylindrisk lineær motor

For å øke den elektromagnetiske forbindelsen mellom statoren og sekundærelementet, plasseres sistnevnte i sporet mellom de to statorene, eller motoren er utformet som en sylinder (se fig. 2) I dette tilfellet er motorstatoren et rør (1), innenfor hvilke det er sylindriske viklinger (2) som er statorviklingen. De ferromagnetiske skivene 3 er plassert mellom spolene som er en del av magnetkretsen. Det sekundære elementet er en rørformet stang, som også er laget av et ferromagnetisk materiale.

Lineære induksjonsmotorer kan også ha en invertert design der sekundæren står stille mens statoren beveger seg. Disse motorene brukes vanligvis i kjøretøy. I dette tilfellet brukes en skinne eller et spesielt bånd som et sekundært element, og statoren er plassert på en bevegelig vogn.

Ulempen med lineære asynkronmotorer er den lave virkningsgraden og tilhørende energitap, hovedsakelig i sekundærelementet (slippap).

Nylig, i tillegg til asynkron, begynte de å bli brukt synkrone (ventil) motorer… Utformingen av en lineær motor av denne typen er lik den som er vist i fig. 1. Statoren til motoren gjøres om til et plan, og permanente magneter er plassert på sekundæren.En omvendt designvariant er mulig der statoren er en bevegelig del og permanentmagnetens sekundære element er stasjonært. Statorviklingene byttes avhengig av magnetenes relative posisjon. For dette formålet er det anordnet en posisjonssensor (4 — i fig. 1).

Lineære trinnmotorer brukes også effektivt for posisjonsdrev. Hvis statoren til trinnmotoren er utplassert i planet, og sekundærelementet er laget i form av en plate, på hvilken tenner dannes ved å frese kanalene, vil sekundærelementet utføres med passende veksling av statorviklingene en diskret bevegelse, hvis trinn kan være veldig lite - til brøkdeler av en millimeter. En omvendt design brukes ofte der sekundæren er stasjonær.

Hastigheten til en lineær trinnmotor bestemmes av verdien av tannseparasjonen τ, antall faser m og svitsjefrekvensen

Å oppnå høye bevegelseshastigheter skaper ikke vanskeligheter, siden økningen i delingen og frekvensen av gir ikke er begrenset av teknologiske faktorer. Det finnes restriksjoner på minimumsverdien av τ, siden forholdet mellom tonehøyden og gapet mellom statoren og sekundæren må være minst 10.

Bruken av en diskret stasjon gjør det ikke bare mulig å forenkle utformingen av mekanismer som utfører lineær endimensjonal bevegelse, men gjør det også mulig å oppnå to- eller fleraksebevegelser ved hjelp av en enkelt stasjon.Hvis to viklingssystemer er plassert ortogonalt på statoren til den bevegelige delen, og det er laget spor i sekundærelementet i to vinkelrette retninger, vil det bevegelige elementet utføre diskret bevegelse i to koordinater, dvs. gi bevegelse i et fly.

I dette tilfellet oppstår problemet med å skape støtte for det bevegelige elementet. For å løse det kan en luftpute brukes - trykket fra luften som tilføres rommet under de bevegelige elementene. Lineære trinnmotorer gir relativt lav skyvekraft og lav effektivitet. Deres hovedanvendelsesområder er lysmanipulatorer, lette monteringsmaskiner, målemaskiner, laserskjæremaskiner og andre enheter.