• silnikliniowy.pl
    Dynamika
  • silnikliniowy.pl
    Prędkość
  • silnikliniowy.pl
    Precyzja

Baza wiedzy o silnikach liniowych

SILNIKI LINIOWE - BUDOWA I ZASTOSOWANIE

Silniki liniowe są napędami, w których energia elektryczna jest bezpośrednio zamieniana na ruch liniowy oraz, w których przemieszczany ładunek jest bezpośrednio sprzężony z silnikiem liniowym. Napędy te charakteryzują się brakiem luzów mechanicznych, wysoką dokładnością pozycjonowania, wysoką dynamiką ruchu. Dodatkowo nie występuję w nich zjawisko windupu[1].

Większość aplikacji opartych na silnikach liniowych skonstruowana jest w sposób taki, że cewka porusza się nad ścieżką magnetyczną. Jednak istnieje rozwiązanie, w którym to ścieżka magnetyczna przemieszcza się a cewka pozostaje nieruchoma.

Większość aplikacji opartych na silnikach liniowych skonstruowana jest w sposób taki, że cewka porusza się nad ścieżką magnetyczną. Jednak istnieje rozwiązanie, w którym to ścieżka magnetyczna przemieszcza się a cewka pozostaje nieruchoma. W przypadku, gdy to cewka jest ruchoma przewód zasilający musi być umieszczony w podajniku kablowym. Podlega on wraz z ilością cykli coraz większemu zużyciu.

Istnieje wiele różnych klasyfikacji silników liniowych, jednak najogólniej możemy je podzielić na silniki rdzeniowe, silniki bezrdzeniowe, silniki pracujące w próżni, stoły (silniki) momentowe.


Rys. 1. Silniki liniowe


Silniki rdzeniowe

Silniki liniowe rdzeniowe znajdują zastosowanie w aplikacjach, w których wymagane są wysokie prędkości, przyspieszenia oraz duże siły pociągowe. W silniku rdzeniowym cewka posiada trójfazowe uzwojenie. Uzwojenie to jest nawinięte na żelazny rdzeń (Rys. 2). Taka budowa silnika rdzeniowego sprawia, że cewka jest przyciągana do ścieżki magnetycznej. Powoduje to, że siły przenoszone przez silnik dochodzą nawet do kilku tysięcy Newtonów. Obecność żelaznego rdzenia odpowiedzialna jest za zjawisko niepożądane, jakim jest cogging (siły pulsujące).

Silniki rdzeniowe charakteryzują się także dużą gęstością mocy. Duża ilość mocy generowana jest ze stosunkowo niewielkiego gabarytu silnika liniowego (cewki).

Silniki rdzeniowe doskonale nadają się do zastosowania w takich branżach jak:
• wycinarki laserowe,
• przemysł półprzewodnikowy,
• wycinarki wodne water jet,
• maszyny narzędziowe,
• aplikacje pick and place,
• technika medyczna,
• branża solarna,
• branża elektroniczna.


Rys. 2. Silnik rdzeniowy: 1 – uzwojenie, 2 - stalowy rdzeń, 3 – magnesy trwałe, 4 – stalowa płytka [3].

Silniki bezrdzeniowe

W silniku liniowym bezrdzeniowym uzwojenia rotora, czyli ruchomej części, nie posiadają żelaznego rdzenia. Rozwiązanie to powoduje, że generowane siły nie są tak duże jak w przypadku silników rdzeniowych, natomiast znacząco wzrasta dynamika silników. Dużą zaletą silników liniowych bezrdzeniowych jest brak zjawiska coggingu – momentów pulsacyjnych. Istotną wadą natomiast gorszy współczynnik odprowadzania ciepła, co obniża efektywność tego rodzaju silników.
Silniki bezrdzeniowe przeznaczone są do aplikacji, w których wymaga się, aby niewielka masa została przesunięta z bardzo dużą dynamiką przy zachowaniu bardzo wysokiej precyzji pozycjonowania. Silniki te znajdują zastosowanie w takich obszarach jak [1]:

• przemysł półprzewodnikowy,
• Flat Panel Display,
• inspekcja,
• precyzyjne urządzenia pomiarowe,
• branża medyczna.

Więcej o budowie silników liniowych rdzeniowych i bezrdzeniowych można znaleźć Tutaj.

Silniki pracujące w próżni

Silniki liniowe pracujące w próżni w budowie podobne są do silników bezrdzeniowych. Różnice stanowi to, że obudowa cewki oraz ścieżka magnetyczna są pokryte stalą nierdzewną. Zapewnia to, nie wydzielanie gazów w warunkach próżni tak jak ma to przypadek np. przy zastosowaniu tworzyw sztucznych. W przypadku próżni odprowadzanie ciepła jest bardzo ważnym zagadnieniem, dlatego też silniki są tak zaprojektowane żeby ich rezystancja termiczna była jak najmniejsza. Dodatkowo przewody silnika są przystosowane do pracy w bardzo wysokiej próżni (od 10-7 bar do 10-12 bar). Ponad to silniki pracujące w próżni odznaczają się od zwykłych silników liniowych podwyższona sprawnością.

• Flat Panel Display,
• technologia nanoszenia wielowarstwowych struktur sensorowych przy użyciu wiązki elektronowej,
• litografia.

Rys. 3. Silnik pracujący w próżni[1].

Stoły momentowe

Silnik momentowy jest na powrót zwiniętym silnikiem liniowym lub inaczej ujmując silnikiem serwo, gdzie rotor silnika jest umieszczony na większym ramieniu. Dzięki takiej konstrukcji w silniku momentowym można otrzymać duży moment bez zastosowania przekładni.

Stół momentowy składa się z pierścienia wewnętrznego o dużej średnicy pełniący rolę rotora. Na pierścieniu tym umieszczone są magnesy trwałe z rzadkich ziem . Drugim elementem silnika momentowego jest stator, który ma postać pierścienia na obwodzie, którego rozmieszczone są cewki nawinięte na żelazny rdzeń (Rys. 4). Silniki momentowe charakteryzują się przede wszystkim bardzo dokładnym pozycjonowaniem, bardzo dużymi wartościami przyspieszeń, dużym momentem trzymającym, bardzo dużą sztywnością oraz wysoką gęstością mocy.



Rys. 4. Stół momentowy[1].


Stoły momentowe są napędami bezpośrednimi . Przekazują one bowiem moc mechaniczną w postaci momentu obrotowego i prędkości bezpośrednio na wał układu napędowego, bez zastosowania przekładni, sprzęgieł, itp. Dzięki temu znajdują zastosowanie w wielu obszarach. Silniki momentowe stosowane są w [1]:

• branży medycznej,
• robotyce,
• branży półprzewodnikowej,
• urządzeniach transportowych,
• maszyny narzędziowe,
• drukarki przemysłowe,
• grawerki.

Napędy jakimi są silniki liniowe podlegają tym samym zasadom elektromagnetyzmu jak zwykłe silniki elektryczne. Ta sama siła elektromagnetyczna, która wytwarza moment obrotowy w silniku obrotowym jest odpowiedzialna za wytworzenie siły pociągowej w silniku liniowym. Ponadto silnikiem liniowym, czy stołem momentowym steruję się tak samo jak zwykłym silnikiem servo. Różnice jedynie stanowi to, że w silniku obrotowym mamy do czynienia z momentem obrotowym mierzonym w Nm zaś w silniku liniowym mierzy się siłę pociągową w N. Natomiast prędkość mierzona jest w m/s a nie obr/min. Wszystkie te napędy nadają się doskonale do zastosowania, tam gdzie potrzebne są wysokie osiągi. Ponadto charakteryzują się one wysoką energooszczędnością co podczas długiej eksploatacji obniży znacząco opłaty za energie elektryczną.

Literatura:
1. [1]. https://www.aerotech.com/media/136335/linear-motors-application-en.pdf, dostęp z dnia: 25.05.2016
2. [2]. www.tecnotion.com dostęp z dnia: 25.05.2016
3. [3]. http://www.parkermotion.com/whitepages/linearmotorarticle.pdf dostęp z dnia: 26.05.2016

 Statystyki

000webhost logo