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

Baza wiedzy o silnikach liniowych

SCHEMAT I ZASADA DZIAŁANIA SILNIKÓW LINIOWYCH


Zabudowa silnika rdzeniowego

Rdzeniowy silnik liniowy składa się z cewki i jednego lub większej ilości modułów magnetycznych. Razem z płytą, profilem, łożyskiem liniowym, odbojnikami, enkoderem, sterowaniem i serwonapędem silnik liniowy tworzy kompletną całość konstrukcyjną. Na jednej ścieżce magnetycznej można zestawić kilka cewek, zwiększając tym samym sile ciągu. Cewki mogą także realizować poszczególne zadania nie zależnie od siebie.

Rys. 1. Kompletny moduł liniowy z zainstalowaną cewką i modułami magnetycznymi.


Długość ścieżki magnetycznej z modułami magnetycznymi

Wszystkie rdzeniowe silniki liniowe mają kilka różnych długości modułów magnetycznych. Umożliwia to skuteczne projektowanie pożądanej długości ścieżki magnetycznej odpowiadające potrzebom aplikacji. Istnieją dwa sposoby określenia ilości modułów magnetycznych wymaganych dla danej aplikacji. Najłatwiejszym sposobem ustalenia wymaganej liczby modułów magnetycznych jest zsumowanie koniecznej dla aplikacji długości osi oraz długości cewki. W ten sposób otrzymamy minimalną długość ścieżki magnetycznej, jaka musi zostać zabudowana modułami magnetycznymi w dostępnych rozmiarach. Dobór ścieżki magnetycznej obrazuje przykład 1.

Przykład 1:
Obliczenie długości modułu magnetycznego przy użyciu długości cewki

Hr = wymagany suw 440mm
Lc = TL6 długość cewki 146mm
Mpl = długość modułu magnetycznego 288mm

Wymagana ilość modułów magnetycznych =(Hr + Lc)/Mpl > dwa moduły magnetyczne 288m

Bardziej ekonomiczne może być określenie wymaganej długości ścieżki magnetycznej z modułami magnetycznymi za pomocą wartości powierzchni efektywnej zamiast całkowitej długości cewki. Jest to szczególnie przydatne w przypadku, gdy wymagany jest dodatkowy moduł magnetyczny do zachowania minimalnej długości ścieżki. Średnio nieefektywna długość cewki wynosi ok. 25mm.

Metoda ta może zaoszczędzić konieczność dodania jednego modułu magnetycznego. Powierzchnia efektywna cewki to obszar, gdzie znajdują się jej uzwojenia (Rys. 2). To tutaj generowana jest siła napędzająca silnik liniowy. Na pozostałej powierzchni mieści się np. okablowanie, PCB lub materiał wypełnienia. Ta nieefektywna powierzchnia cewki może wystawać poza ścieżkę magnetyczna nie powodując utraty siły.

Rys. 2. Lokalizacja powierzchni efektywnej.



Przykład 2:
Obliczenie długości modułu magnetycznego przy użyciu powierzchni efektywnej

Hr = Wymagany suw 440mm
Leff = Lc – (a + b) = powierzchnia efektywna cewki 114mm
Mpl = długość modułu magnetycznego 288mm
Wymagana ilość modułów magnetycznych =(Hr + Leff)/Mpl < dwa moduły magnetyczne 288mm

Szczelina

Szczelinę pomiędzy modułami magnetycznymi a cewką można zwiększyć w celu uniknięcia problemów z tolerancjami w zakresie odstępów, odchyleń, równoległości i płaskości. Jest to przydatne szczególnie dla dużych osi liniowych. Producenci silników liniowych nie zalecają zmniejszania szczeliny, ponieważ spowoduje to konieczność zawężenia tolerancji projektowych i tym samym zwiększy koszty w części mechanicznej projektu. Ze względu na zalewanie epoksydem cewki i modułu magnetycznego producenci silników liniowych zwykle nie określają nominalnej szczeliny. Wykończenie takie utrudniłoby uzyskanie dokładnego odczytu szczeliny za pomocą szczelinomierza. Na ogół zaleca się określenie szczeliny na podstawie całkowitej wysokości montażowej.

Tab. 1. Wysokość montażowa silników liniowych serii T firmy Tecnotion



Spadek siły wytworzony przez zwiększenie szczeliny utworzy funkcję nieliniową przedstawioną na Rys. 3.

Rys. 3. Zależność siły ciągłej i siły przyciągania od szczeliny.


Instalacja komponentów rdzeniowego silnika liniowego wg. producenta Tecnotion

Przed przystąpieniem do instalacji komponentów silnika liniowego należy przeprowadzić instalacje ramy montażowej. Prowadnice i liniał należy prawidłowo wypozycjonować i zamontować do ramy. Płytę należy wyposażyć w wózki liniowe, do ramy zamontować odbojniki, liniowy układ pomiaru drogi i wymagane okablowanie, tak by umożliwić płynny, bezpieczny i równomierny ruch płyty. Należy sprawdzić prace łożysk i odbojników. Prawidłowa kolejność instalacji jest następująca:

1. Przykręcić cewkę do płyty.
2. Przesunąć płytę do końca suwu. Zabezpieczyć płytę przed niepożądanym przemieszczeniem.
3. Zamontować moduły magnetyczne na odsłoniętej części ramy.
4. Zdjąć płytki ochronne z zamontowanych modułów magnetycznych.
5. Przesunąć płytę nad zamontowane moduły magnetyczne. Zabezpieczyć płytę przed niepożądanym przemieszczeniem.
6. Zamontować pozostałe moduły magnetyczne.
9. Podłączyć okablowanie.
Kroki te zostały szczegółowo opisane w kolejnych paragrafach.

Ad 1. Montaż cewki
Przed instalacją należy sprawdzić poprawność wysokości i płaskości montażowej. Dla danej płaskości (Rys.4), można zastosować określoną wysokość montażową. Jeśli współczynnik płaskości jest niższy, należy zwiększyć wysokość montażową.


Rys. 4. Wymagania w zakresie płaskości i równoległości dla cewki i modułu magnetycznego.

Nie należy umieszczać cewki symetrycznie na ścieżce magnetycznej. Uzwojenie cewki nie jest zlokalizowane w jej środku. Umieszczenie centryczne spowoduje spadek dostępnej siły. Należy zastosować konstrukcje zgodną z określonymi wymiarami przedstawionymi na rysunku 5.


Rys. 5. Niesymetryczne ułożenie cewki na ścieżce magnetycznej.

Na rysunku 6 przedstawiono schemat montażu płyty do cewki.


Rys. 6. Montaż cewki do płyty.


Ad 3. Montaż modułów magnetycznych


Rys. 7. Przesuń płytę do jednego z końców osi liniowej.



1. Przesunąć płytę do jednego końca osi liniowej (Rys. 7 - 1). Pierwszy moduł magnetyczny zamontować do drugiego końca (Rys. 7 - 2) osi liniowej. Zabezpieczyć płytę przed niepożądanym przemieszczeniem. Upewnić się czy powierzchnia montażowa jest wolna od pyłu i zanieczyszczeń.
2. Włożyć kołki ustalające do otworów pozycjonujących na ramie montażowej (Rys. 8).


Rys. 8. Otwory pozycjonujące i montażowe na modułach magnetycznych i osiach.


3. Sprawdzić, czy moduł magnetyczny ułożony jest w dobra stronę. Na końcu wszystkie moduły magnetyczne powinny być ułożone w jednym kierunku. Przykładowo wszystkie moduły magnetyczne można ułożyć w taki sposób, że otwory kołków ustalających znajdować się będą w prawym górny rogu.


Rys. 9. Instalacja modułu magnetycznego.


4. Przymocować moduł magnetyczny do ramy montażowej. Należy wykorzystać wszystkie otwory!
5. Zdjąć płytkę ochronna z zamontowanego modułu magnetycznego i przesunąć płytę do drugiego końca osi liniowej. Zabezpieczyć płytę przed niepożądanym przemieszczeniem.


Rys. 10. Zdejmowanie płytki ochronnej.


6. Następnie można zamontować pozostałe moduły magnetyczne. Powtórzyć kroki od 2 do 5.
7. Na końcu należy zdjąć wszystkie płytki ochronne i sprawdzić, czy płyta może swobodnie i płynnie przesuwać się nad modułami magnetycznymi. W przypadku silnej pulsacji na krawędziach modułów magnetycznych, sprawdzić kierunek ułożenia modułów magnetycznych.


Rys. 11. Montaż pozostałych modułów magnetycznych.


Ad 9.Podłączenia elektryczne
U większości producentów silników liniowych okablowanie elektryczne silnika jest skonfigurowane zewnętrznie i obejmuje dwa kable:

kabel zasilający,
kabel czujników temperatury.

Przykładowy schemat okablowania obu kabli przedstawiono na rysunku 12. Przewody w razie potrzeby można skrócić i wyposażyć w odpowiednie złącza. Trzy fazy kabla zasilającego silnika należy podłączyć do serwonapędu, tak, aby dodatnia strona trójfazowa silnika odpowiadała dodatniej stronie enkodera liniowego. Biegunowość należy sprawdzić testami. Zwykle przewód uziemienia ochronnego cewki jest wewnętrznie galwanicznie podłączony do obudowy cewki. Przewód ten musi być także podłączony do złącza uziemienia ochronnego serwonapędu. Ponadto każda cewka jest wyposażona w dwa czujniki temperatury, czujnik zabezpieczający typu PTC i czujnik pomiarowy KTY.

Rys. 12. Schemat okablowania dla silnika rdzeniowego.



Zabudowa silnika bezrdzeniowego

Bezrdzeniowy silnik liniowy to system złożony zawierający kilka komponentów, takich jak cewka oraz moduły magnetyczne. Komponenty te wbudowuje się w kompletny zespół maszynowy lub układ roboczy. Rozmiar i kształt ramy montażowej, konstrukcja płyty oraz rodzaj łożyskowania i odbojników zależą od danej aplikacji. Ramę montażową i płytę należy zaprojektować tak, by pomiędzy cewką a modułami magnetycznymi powstała prawidłowa szczelina. Ponadto, aby oś liniowa mogła działać prawidłowo, potrzebne są jeszcze takie elementy jak:

elementy łączące, np. śruby i kołki ustalające,
urządzenia dodatkowe, np. serwonapęd i enkoder liniowy,
zasilanie, okablowanie i złącza.


Rys. 13. Kompletny układ liniowy silnika bezrdzeniowego.

Przed zamontowaniem elementów silnika liniowego należy zakończyć instalacje ramy montażowej. Płytę należy wyposażyć w wózek liniowy, odbojniki, liniowy układ pomiaru drogi oraz wymagane okablowanie tak, by umożliwić płynny, bezpieczny i równomierny ruch płyty. Liniał powinien być prawidłowo wypozycjonowany i przymocowany do ramy montażowej. Należy sprawdzić działanie łożyskowania i odbojników oraz prowadzenie kabli. Schemat montażu elementów pokazano na rysunku 14.
Prawidłowa kolejność instalacji ze względów bezpieczeństwa elektrycznego jest następująca:

1. Zamontować moduły magnetyczne na powierzchni montażowej.
2. Zamontować cewkę do odpowiednich części układu.
3. Podłączyć okablowanie do cewki.

Z magnetycznego punktu widzenia kolejność instalacji elementów mechanicznych nie ma znaczenia, ponieważ pomiędzy cewka a modułami magnetycznymi nie występują siły przyciągania.


Rys. 14. Cewka, płyta, moduł magnetyczny i powierzchnia montażowa.


Montaż poszczególnych elementów wg. producenta Tecnotion

Ścieżka modułów magnetycznych – od teraz zwana ścieżką magnetyczną – oraz cewka muszą być prawidłowo ułożone względem siebie. Uzyskuje się to poprzez zastosowanie właściwej konstrukcji. Powierzchnia montażowa zarówno modułów magnetycznych jak i cewki musi być płaska, chroniąc te komponenty przed działaniem sił uginających. Wymagania co do równoległości powierzchni montażowej pokazano na rysunku 15.


Rys. 15. Płaskość i równoległość powierzchni montażowej:
S – równoległość, R – płaskość cewki, V – odległość pomiędzy powierzchniami montażowymi.

Osiowe powierzchnie referencyjne ścieżki magnetycznej (MR, Rys. 16) uzyskuje się poprzez zastosowanie:

kołków ustalających na środku modułu magnetycznego dla krótkiej ścieżki magnetycznej;
kołków ustalających wzdłuż całej długości modułu magnetycznego dla długiej ścieżki magnetycznej;
wyfrezowanych osiowo powierzchni referencyjnych wzdłuż całego boku długiej ścieżki (promień wewnętrzny < 0,2mm), lub ręczne ustawienie względem osi podczas montażu.

Osiowe powierzchnie referencyjne cewki (CR, Rys. 16) uzyskuje się poprzez zastosowanie:

dwóch kołków ustalających za pierwszą i ostatnią śrubą cewki;
wyfrezowanej osiowo powierzchni referencyjnej wzdłuż całego boku (promień wewnętrzny < 0,2mm), lub ręczne ustawienie względem osi podczas montażu.


Rys. 16. Schemat szczelin i osiowych powierzchni referencyjnych:
A1 – szczelina 1, A – szczelina 2, MR - osiowe powierzchnie referencyjne ścieżki magnetycznej, CR – osiowe powierzchnie referencyjne cewki.


Montaż modułu magnetycznego

Zaleca się montaż ścieżki magnetycznej od środkowego – i najlepiej najdłuższego – modułu magnetycznego. Ten środkowy moduł można ustawić względem osi stosując kołki ustalające lub wyfrezowane powierzchnie referencyjne. Należy przykręcić moduł magnetyczny do powierzchni montażowej za pomocą śrub, stosując właściwy moment obrotowy dokręcenia. Kolejne moduły magnetyczne można montować obok siebie, wykorzystując ich wzajemna siłę przyciągania.

Rys. 17. Zasada kontrolowanego montażu naprzemiennego modułów magnetycznych.

Kolejne moduły magnetyczne montuje się względem osi na kołkach ustalających. Stosowanie kołków ma dwie wady:

1. Montaż naprzemienny jest w tej sytuacji utrudniony.
2. Montaż może okazać się niemożliwy ze względu na tolerancje.

Moduły magnetyczne przeznaczone są do montażu stykowego bez pozostawiania szczeliny pomiędzy indywidualnymi modułami. Do pozycjonowania kolejnych ścieżek zaleca się wykorzystanie wcześniej wspominanych wyfrezowanych powierzchni referencyjnych. Umieszczenie tylko po jednym module magnetycznym po każdej stronie modułu środkowego, wykonuje się poprzez ich wzajemne ustawienie względem osi. Standardowe moduły magnetyczne są zabezpieczone przed nieprawidłowym kierunkiem montażu. Obrócenie modułu o 180° nie ma wpływu na działanie silnika.

Montaż cewki

Montaż cewki na odpowiedniej i oczyszczonej powierzchni jest prostą procedurą, ponieważ pomiędzy cewką a modułami magnetycznymi nie występują siły przyciągania. Aby zamontować cewkę należy umieścić ją ostrożnie w urządzeniu oraz docisnąć do powierzchni referencyjnej i przykręcić śrubami.

Podłączenia elektryczne

U większości producentów silników liniowych okablowanie elektryczne silnika jest skonfigurowane zewnętrznie i obejmuje dwa kable:

kabel zasilający,
kabel czujników temperatury.

Przykładowy schemat okablowania obu kabli przedstawiono na rysunku 18. Przewody w razie potrzeby można skrócić i wyposażyć w odpowiednie złącza. Trzy fazy kabla zasilającego silnika należy podłączyć do serwonapędu, tak, aby dodatnia strona trójfazowa silnika odpowiadała dodatniej stronie enkodera liniowego. Biegunowość należy sprawdzić testami. Zwykle przewód uziemienia ochronnego PE (zielony/żółty) silnika jest wewnętrznie galwanicznie podłączony do obudowy silnika. Przewód ten musi być podłączony do złącza uziemienia. Pomiędzy układem silnika a serwonapędem należy zastosować jak najkrótsze przewody uziemienia ochronnego. Ponadto każda cewka jest wyposażona w dwa czujniki temperatury, czujnik zabezpieczający typu PTC i czujnik pomiarowy NTC.


Rys. 18. Schemat okablowania silnika bezrdzeniowego.


Obowiązującą wersją instrukcji montażu są instrukcje na stronie producenta, które można znaleźć Tutaj.


 Statystyki

www.000webhost.com