Линейные прямые приводы – это самые высокие рабочие характеристики для машиностроения

07.06.2017

От нуля до 100 км/ч за 2,5 секунды – это эксплуатационные характеристики болида Формулы 1, демонстрирующее ускорение 1,13g. Данные значения вызовут лишь усталую улыбку на лице пользователя прямого привода. Значения ускорения до 10g  уже давно являются для них реальными, сопоставимыми со стартом от нуля до 100 км/ч всего за 0,3 секунды.

Где необходимо такое ускорение?

Линейные прямые приводы можно обнаружить как в устройствах сборки и перемещения, так и в автоматике. Стандартными устройствами являются контрольно-измерительные и испытательные машины, подъемно-транспортные системы, закройное и сборочное оборудование, установки для монтажа кристалла, а также установки для испытаний и упаковочные установки в серверной области полупроводниковой отрасли.

Как работает линейный прямой привод?

В принципе, линейный прямой привод работает как постоянно включенный бесщёточный поворотный сервопривод. На рисунке ниже показано как поворотный сервопривод может быть «развернут», чтобы стать линейным прямым приводом.

German/Немецкий

English/Английский

Russian/Русский

Stator

stator

статор

Rotor

rotor

ротор

Magnete

magnets

магниты

Wicklung

winding

обмотка

Primärteil (Spulensystem)

primary section (coil system)

первичная секция (система катушек)

Sekundärteil (Magnetbahn)

secondary section (magnetic track)

вторичная секция (магнитная дорожка)

Luftspalt

Air gap

Воздушная прослойка

Линейные прямые приводы состоят и зпервичной секции(системыкатушек) и вторичной секции (магнитной дорожки).Первичная секция является частью соответствующей механической конструкции, и обычно соединяется с подвижной кареткой или пультом. Питание, подаваемое на систему катушек, генерирует силу электромагнитного поля в отношении стационарной вторичной секции (магнитной дорожки), которая приводит в движение первичную секцию. Соответствующая направляющая система обеспечивает надлежащую воздушную прослойку между первичной и вторичной секциями. Для работы двигателя также необходима система измерения, соединенная с подвижной осью. На рисунке ниже показаны соответствующие компоненты в разобранном виде.

German/Немецкий

English/Английский

Russian/Русский

Linearführung

Linear guides

Линейные направляющие

Schleppkette

Mobile cable handler

Передвижное устройство подачи кабеля

Wagen Profil

Carriage profile

Профиль каретки

Kundenspezifischer Tisch

Customer specific table

Специфический для клиента пульт

Motor Tisch

Motor table

Пульт двигателя

Linearmaßstab

Linear scale

Линейная шкала

Aluminium Profil

Aluminum profile

Алюминиевый профиль

Primärteil (Spulensystem)

primary section (coil system)

первичная секция (система катушек)

Sensorkopf

Sensor head

Головка датчика

Lager

bearing

Подшипник

Sekundärteil (Magnetbahn)

secondary section (magnetic track)

вторичная секция (магнитная дорожка)

Структура и размещение линейных прямых приводов

Электрические линейные двигатели применяются во многих областях. На практике, линейные прямые приводы выпускаются в трех различных вариантах исполнения, которые будут более подробно описаны ниже.

Двигатель с воздушным сердечником тип-G

Прямые приводы с воздушным сердечником серии SGLGWот компании «Yaskawa» предлагают максимальные динамические характеристики при минимальном размере узла. Пики силы данных систем составляют от 40 до 3000 Ньютонов. Ввиду своей конструкции, не содержащей железа, такие линейные двигатели не имеют магнитного притяжения, что ведет к увеличению срока службы линейных направляющих и подшипников, уменьшению шума и хорошим характеристикам синхронизации. Поскольку, габариты двигателей невелики, и они занимают мало места, их можно устанавливать в малогабаритные машины. Стандартными областями применения линейных двигателей с воздушным сердечником являются серверная область полупроводниковой отрасли, а также производство жидкокристаллических индикаторов и индикаторных панелей.

Двигатели со стальным сердечником тип-F

При использовании линейных двигателей со стальным сердечником серии SGLFW, необходимо учитывать магнитное притяжение между корпусом катушки и магнитной дорожкой. Такое притяжение может до четырех раз превышать максимальную мощность двигателя. Пики силы в серии SGLFWнаходятся в диапазоне от 86 до 5400 Ньютонов, что вызывает силу магнитного притяжения равную приблизительно 1,5 тонны. Следовательно, структура механической системы должна быть разработана с надлежащей устойчивостью к деформации, а характеристики всех направляющих и подшипников должны соответствовать этой силе. Поскольку, линейные двигатели со стальным сердечником предлагают наиболее экономически эффективный способ для внедрения линейных прямых приводов, данная конфигурация является наиболее популярной моделью на рынке. Конфигурации со стальным сердечником часто применяются в системах компоновки и подачи, на упаковочных и сварочных машинах, а также в системах измерения и диагностирования.

Двигатели со стальным сердечником тип-T

Стальной сердечник серии SGLTWот компании «Yaskawa» не имеет аналогов на рынке. Двигатели данной серии могут генерировать пики силы до 7500 Ньютонов. Из-за своей конструкции с сердечником, расположенным между двумя постоянными магнитными направляющими, находящимися сбоку, противоположные магнитные поля компенсируют друг друга. На механику, на направляющие и подшипники воздействие будет оказывать лишь нагрузка и вес сердечника. Следовательно, модель и механическая конструкция относительно просты в установке. Данные системы могут располагаться во всех приборах, требующих перемещения крайне тяжелых грузов с максимальной динамикой.

Примеры установки

Обычно, линейный прямой привод можно установить двумя способами.

Каркас катушки перемещается по магнитной дорожке

Таблица перевода для следующих пяти иллюстраций:

German/Немецкий

English/Английский

Russian/Русский

Spule

coil

катушка

Magnetbahn

magnetic track

магнитная дорожка

Magnet

magnet

магнит

Это самая обычная инсталляционная схема размещения. Катушка короче магнитной дорожки. Длина двигателя может легко увеличиваться путем добавления дополнительных магнитов. Поскольку катушка перемещается, то в этом случае, основные кабели питания и считывания для линейной шкалы, должны проходить через передвижное устройство подачи кабеля.

Магнит перемещается по катушке

Данная схема демонстрирует перемещение магнита по катушке. В большинстве случаев, такая конструкция применяется в традиционных решениях, требующих максимальных динамических характеристик и короткого полного хода. Поскольку катушка неподвижна, кабель питания и кабель для подключения энкодера также стационарные, следовательно, передвижное устройство подачи кабеля не требуется.

В некоторых устройствах, также может использоваться стандартный двигатель со стальным сердечником в перевернутой конфигурации. В этом случае, необходимо позаботиться об ограничении полного хода и убедиться, что вес магнита меньше веса катушки. Полный ход обычно ограничен длиной катушки, таким образом, вес остается на допустимых уровнях.

Два каркаса катушки перемещаются по одной магнитной дорожке

Линейные прямые приводы очень хорошо подходят для устройств с несколькими пультами, в которых два или более каркаса катушки должны независимо перемещаться по одной магнитной дорожке.

Еще одной возможностью является параллельная работа двух катушек на одной магнитной дорожке для увеличенного максимального усилия. Обычным примером для такой конфигурации является цифровая печатная машина шириной 5м, в которой печатная головка весом 120 кг перемещается со скоростью 3 м/сиускорениемдо9,5 м/с2.

Установщик ИС с платформой

German/Немецкий

English/Английский

Russian/Русский

Nur 2 Linearführungen nötig

Only 2 linear guides required

Необходимы только 2 линейные направляющие

2 x SGLFW Linearmotor

2 x SGLFW linear motors

2 х линейных двигателя SGLFW

Sensorkopf

sensor head

головка датчика

SGLTW Linearmotor

SGLTW linear motor

линейный двигатель SGLTW

Вышеприведенное изображение показывает общую конструкцию установщика ИС, который использует два линейных двигателя SGLTWдля платформы (ось Y) и два линейных двигателя SGLFWдля независимой работы на магнитной дорожке (ось Х).

Преимущества над классическими линейными системами

Классические линейные системы питаются от ротационных серводвигателей. Переход от вращательного движения к линейному достигается при помощи зубчатой передачи, зубчатой рейки, ремня или реверсивного шарикового винта, дающих возможность подключения широкого спектра приборов. Такие системы, однако, по нарастающей достигают своих технических пределов относительно динамических характеристик и точности. Поскольку электрические линейные двигатели создают прямое линейное перемещение, они не требуют зубчатых передач, валиков и шестеренок, зубчатых реек и конических зубчатых передач или ремней и роликов. Удаление этих компонентов исключает истирание, деформацию и наличие люфта, и дает очень высокую точность позиционирования, а также отличные динамические характеристики, низкий уровень шума, требует минимального обслуживания и, следовательно, имеет высокую готовность. Усилие передается напрямую, без каких-либо потерь. При сравнении затрат при полном сроке эксплуатации, линейные прямые передачи предлагают самые лучшее рабочие параметры. Дополнительными преимуществами являются независимая работа двух или более каркасов катушки на одной магнитной дорожке, параллельная работа двух каркасов катушки для увеличения эффективности или максимального усилия, и простое расширение полного хода путем добавления большего числа магнитов.

Качество всей системы имеет большое значение

Идеальная приводная система состоит из мощного контроллера движения, программируемого сервоусилителя, линейного прямого привода, линейной шкалы высокого разрешения и оптимальной механики. Высокодинамичные системы дополнительно требуют очень жестких и прочных механической конструкции и направляющих. Максимальная скорость до 10 м/с, ускорение приблизительно 10gи точность размещения менее 1мкм могут быть достигнуты только, если все компоненты системы оптимально подходят друг другу. Компания «Yaskawa» имеет более 15 лет опыта работы с линейными прямыми приводами, и является лидером в данной технологии на мировом рынке.

Сотрудничество

Установка линейных двигателей на машину требует особой технологии. Именно поэтому, сотрудничество создателя машины и производителя привода, с самого начала проекта разработки, имеет большое значение при создании оптимальной приводной системы для особых условий. Компания «Yaskawa» оказывает поддержку своим покупателям на протяжении всего срока службы машины.

Возникли вопросы?

Заполните форму обратной связи, наши менеджеры свяжутся с вами!
Хочешь получить бесплатную консультацию специалиста?