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

Baza wiedzy o silnikach liniowych

ZALETY SILNIKÓW LINIOWYCH

Przemieszczenie liniowe

Współczesne aplikacje w maszynach opierające się na przemieszczeniu liniowym są coraz bardziej wymagające, co do parametrów ruchu. Większa płynność ruchu, dokładność pozycjonowania, dynamika przemieszczeń liniowych oraz bezobsługowość rozwiązania stanowią niekiedy dla tradycyjnych rozwiązań nie lada wyzwanie. Tam, gdzie siłownik pneumatyczny, śruba pociągowa czy zespół paska zębatego i przekładni nie spełnia ww. parametrów silnik liniowy jest bezkonkurencyjny.

Za silnikiem liniowym przemawiają takie zalety jak:
a) wysoka dynamika (przyspieszenia) – silnik liniowy jest w stanie realizować przyspieszenia o wartościach równych nawet 100 m/s2;

b) duże prędkości - w silniku liniowym można uzyskać prędkości o wartościach: do 12 m/s – silnik rdzeniowy, do 18 m/s – silnik bezrdzeniowy. Dzięki przynależności silników liniowych do napędów bezpośrednich, możliwe jest osiągnięcie prędkości niemożliwych do uzyskania dla innych systemów. Ponadto przemieszczenie liniowe odbywa się bez udziału elementów mechanicznych takich jak sprzęgła czy przekładnie. Elementy te posiadają swoją bezwładność, która dodatkowo wpływa na zmniejszenie dynamiki ruchu;

c) dokładne pozycjonowanie – dokładność pozycjonowania w silniku liniowym zależna jest od zastosowanego systemu pomiaru drogi. Pomiar taki może odbywać się za pomocą następujących systemów:

• Moduł Halla – system odczytuje pozycje silnika liniowego używając ścieżki magnetycznej. Dokładność pozycjonowania dla modułu Halla to 100 µm/m
• Enkoder z liniałem – w zależności od zastosowanego układu pomiaru drogi możliwe są do osiągnięcia następujące dokładności:
• enkoder magnetyczny inkrementalny – ±20 µm/m,
• enkoder magnetyczny absolutny – ±20 µm/m,
• enkoder optyczny inkrementalny – ±5 µm/m,
• enkoder optyczny absolutny – nawet ± 2 µm/m [1];

d) wysoka nadążność – czyli szybkość likwidacji błędów regulacji (uchybu przemieszczenia) powstających na skutek zmian wielkości zadanej (położenie, prędkość czy przyspieszenie). Urządzenie pomiarowe w systemie liniowym z silnikiem linowym zlokalizowane jest bezpośrednio przy przemieszczanym przedmiocie (tj. mierzy jego rzeczywistą pozycję). Enkoder silnika servo, umieszonego w systemie paska zębatego, nie mierzy rzeczywistej pozycji przemieszczanego ładunku, lecz pozycje wałka silnika servo. Dopiero potem poprzez zastosowanie odpowiednich algorytmów przeliczeniowych określana jest pozycja ładunku. Powoduje to, że nadążność systemu jest o wiele mniejsza niż w przypadku silnika liniowego;

e) elastyczność - silniki liniowe można ze sobą łączyć np. poprzez zestawienie dwóch cewek na jednej ścieżce lub zestawienie dwóch cewek obok siebie na dwóch osobnych ścieżkach magnetycznych. Możliwe jest także użycie silnika w konstrukcjach typu gantry, a także wielu innych konfiguracjach pokazanych na rysunku 1:


Rys. 1. Konfiguracje silników liniowych:


a) pojedyncza poruszająca się cewka,
b) poruszająca się ścieżka magnetyczna,
c) dwie cewki na jednej ścieżce magnetycznej,
d) dwie cewki zestawione równolegle na dwóch ścieżkach magnetycznych,
e) system gantry (portal),
f) stoły krzyżowe [2].


f) kompaktowe rozwiązanie – stosując silnik liniowy do napędu pozbywamy się takich elementów jak sprzęgła, przekładnie, bloki łożyskowe. Sprawia to, że silnik liniowy po zabudowie zajmuje mniej miejsca niż np. system liniowy oparty na śrubie pociągowej;

g) łatwa zabudowa – modułowość rozwiązania, ścieżkę magnetyczną można zestawić nieskończenie długą. Ponadto, gdy zajdzie potrzeba zwiększenia ruchu roboczego (skoku), nie jest wymagana wymiana elementów. Tak jak ma to miejsce w systemie liniowym z śrubą kulową (wymiana śruby pociągowej na dłuższą). W przypadku silników liniowych odbywa się to poprzez dodanie kolejnych modułów magnetycznych;

h) brak potrzeby serwisu – w wyniku braku tarcia oraz tego, że w systemie liniowym z silnikiem liniowym nie występują elementy, które wymagają smarowania (pomijając prowadnice liniowe obecne także w innych systemach liniowych) silniki liniowe są całkowicie bezobsługowe. Ponadto większość silników liniowych swoim cyklem życia przewyższa cykl życia maszyny, w której jest zaaplikowany.

i) niski poziom hałasu - osiągalny dzięki wyeliminowaniu tarcia, niemożliwy do uzyskania w innych systemach liniowych. Przemieszczająca się nakrętka na śrubie, koło zębate poruszające się na listwie zębatej czy też pasek zębaty wprawiany w ruch kołem zębatym emitują wysoki poziom hałasu. Silnik liniowy jest napędem bezpośrednim tzn. do wykonania ruchu liniowego nie wymaga np. dwóch współpracujących ze sobą elementów. Dzięki temu silnik linowy jest napędem bezkonkurencyjnym pod względem emisji dźwięku;

j) możliwość pracy w próżni - poprzez to, że silniki liniowe nie wymagają smarowania oraz nie występuje w nich obecne w innych systemach zużycie cierne nadają się idealnie do pracy w próżni. Praca w próżni możliwa jest także dzięki temu, że silniki pokryte są stalą nierdzewna. Powoduje to, że odgazowywanie z elementów silnika w ogóle nie występuje. Dzięki temu silniki liniowe pracujące w próżni doskonale nadają się do zastosowania w przemyśle półprzewodnikowym;



Rys. 2. Systemy liniowe [2].


Silnik liniowy pod względem mechanicznym stanowi niezwykle prostą i niezawodną konstrukcję, oferując przy tym niezrównane z innymi alternatywnymi technologiami przemieszczeń liniowych osiągi. Silniki liniowe obecnie wykorzystuje się w coraz większej ilości aplikacji. Decydują o tym przede wszystkim takie parametry jak: niezrównana dynamika, prędkość, precyzja pozycjonowania czy też bezobsługowość i niezawodność. Parametry te decydują o tym, że na liniach produkcyjnych można znacząco podnieść wydajność, obniżając przy tym koszt energii elektrycznej oraz oszczędzając czas poświęcony na przestoje związane z obsługą.

1. [1]. Dr inż. Grzegorz Krajewski kierownik ds. Systemów Kalibracji i Enkoderów w firmie Renishaw
2. [2]. www.tecnotion.com dostęp z dni: 25.05.2016
3. [3]. strona internetowa: https://www.aerotech.com/media/136335/linear-motors-application-en.pdf, dostęp z dnia: 25.05.2016

 Statystyki

www.000webhost.com