Elektriskt ställdon med linjärmotorer

De flesta elmotorer är roterande. Samtidigt måste många arbetskroppar av produktionsmaskiner, enligt tekniken i deras arbete, utföra translationell (till exempel transportörer, transportörer, etc.) eller fram- och återgående (mekanismer för matning av metallskärmaskiner, manipulatorer, kolvar och andra maskiner ).

Omvandlingen av roterande rörelse till translationsrörelse utförs med hjälp av speciella kinematiska anslutningar: skruvmutter, sfärisk skruvväxel, kuggstång, vevmekanism och andra.

Det är naturligt för konstruktörer av arbetsmaskiner att vilja använda motorer vars rotor rör sig linjärt för att driva de arbetande kropparna som utför framåt- och fram- och återgående rörelser.

För närvarande utvecklas elektriska drivningar med linjära asynkrona, ventiler och stegmotorer… I princip kan vilken typ av linjärmotor som helst bildas av en roterande motor genom att den cylindriska statorn linjärt förflyttas i ett plan.

En uppfattning om strukturen hos en linjär induktionsmotor kan erhållas genom att förvandla induktionsmotorns stator till ett plan. I detta fall kommer vektorn för magnetiseringskrafter hos statorn att röra sig linjärt längs statorns spann, dvs. i detta fall bildas inte ett roterande (som i konventionella motorer), utan ett vandringselektromagnetiskt fält hos statorn.

Som ett sekundärt element kan en ferromagnetisk remsa placerad med ett litet luftgap längs statorn användas. Denna remsa fungerar som en cellrotor. Det sekundära elementet bärs av det rörliga statorfältet och rör sig linjärt med en hastighet som är mindre än statorfältets hastighet med mängden linjär absolut glidning.

Den linjära hastigheten för det rörliga elektromagnetiska fältet kommer att vara

där τ, m — poldelning — avståndet mellan intilliggande poler hos en linjär asynkronmotor.

Sekundärt elementhastighet

där sL — relativ linjär glidning.

När motorn är försedd med standardfrekvensspänning kommer de resulterande fälthastigheterna att vara tillräckligt höga (mer än 3 m/s), vilket gör det svårt att använda dessa motorer för att driva industriella mekanismer. Sådana motorer används för höghastighetstransportmekanismer. För att erhålla lägre körhastigheter och hastighetskontroll av en linjär induktionsmotor, drivs dess lindningar av en frekvensomformare.

Ris. 1. Designen av den linjära enaxliga motorn.

Flera alternativ används för att designa en linjär induktionsmotor. En av dem visas i fig. 1.Här rör sig det sekundära elementet (2) - en tejp som är ansluten till arbetskroppen, längs styrningarna 1 under verkan av ett vandringselektromagnetiskt fält som skapas av statorn 3. Denna design är dock bekväm för montering med en arbetsmaskin, den är förknippad med betydande läckströmmar i statorfältet, som ett resultat av vilket motorns cosφ blir låg.

Fikon. 2. Cylindrisk linjärmotor

För att öka den elektromagnetiska kopplingen mellan statorn och sekundärelementet placeras det senare i skåran mellan de två statorerna, eller så är motorn utformad som en cylinder (se fig. 2) I detta fall är motorstatorn ett rör (1), inuti vilken det finns cylindriska lindningar (2) som är statorlindningen. De ferromagnetiska brickorna 3 är placerade mellan spolarna som är en del av den magnetiska kretsen. Det sekundära elementet är en rörformad stav, som också är gjord av ett ferromagnetiskt material.

Linjära induktionsmotorer kan också ha en inverterad design där sekundären är stationär medan statorn rör sig. Dessa motorer används vanligtvis i fordon. I detta fall används en skena eller en speciell tejp som ett sekundärt element, och statorn placeras på en rörlig vagn.

Nackdelen med linjära asynkronmotorer är den låga verkningsgraden och tillhörande energiförluster, främst i sekundärelementet (slirförluster).

Nyligen, förutom asynkron, började de användas synkrona (ventil)motorer… Konstruktionen av en linjärmotor av denna typ liknar den som visas i fig. 1. Motorns stator omvandlas till ett plan och permanentmagneter placeras på sekundären.En inverterad designvariant är möjlig där statorn är en rörlig del och permanentmagnetens sekundära element är stationärt. Statorlindningarna växlas beroende på magneternas relativa position. För detta ändamål finns en positionsgivare (4 — i fig. 1) i konstruktionen.

Linjära stegmotorer används också effektivt för positionsdrivningar. Om stegmotorns stator är utplacerad i planet och det sekundära elementet är gjort i form av en platta, på vilken tänder bildas genom fräsning av kanalerna, kommer sekundärelementet att utföras med lämplig omkoppling av statorlindningarna en diskret rörelse, vars steg kan vara mycket litet — till bråkdelar av en millimeter. En inverterad design används ofta där sekundären är stationär.

Hastigheten för en linjär stegmotor bestäms av värdet på tandseparationen τ, antalet faser m och kopplingsfrekvensen

Att få höga rörelsehastigheter skapar inga svårigheter, eftersom ökningen av uppdelningen och frekvensen av växlar inte begränsas av tekniska faktorer. Restriktioner finns på minimivärdet på τ, eftersom förhållandet mellan stigningen och gapet mellan statorn och sekundären måste vara minst 10.

Användningen av en diskret drivenhet gör det inte bara möjligt att förenkla utformningen av mekanismer som utför linjär endimensionell rörelse, utan gör det också möjligt att erhålla två- eller fleraxliga rörelser med en enda drivenhet.Om två lindningssystem är placerade ortogonalt på den rörliga delens stator, och spår görs i det sekundära elementet i två vinkelräta riktningar, kommer det rörliga elementet att utföra diskret rörelse i två koordinater, dvs. ge rörelse i ett plan.

I detta fall uppstår problemet med att skapa stöd för det rörliga elementet. För att lösa det kan en luftkudde användas - trycket från luften som tillförs utrymmet under de rörliga elementen. Linjära stegmotorer ger relativt låg dragkraft och låg verkningsgrad. Deras huvudsakliga användningsområden är ljusmanipulatorer, lätta monteringsmaskiner, mätmaskiner, laserskärmaskiner och andra apparater.