Електрически задвижващ механизъм с линейни двигатели

По -голямата част от електродвигателите са ротационни. В същото време много работни органи на производствените машини трябва, според технологията на своята работа, да извършват транслационни (например конвейери, конвейери и т.н.) или бутални (механизми за подаване на металорежещи машини, манипулатори, бутала и други машини) .

Преобразуването на въртеливото движение в поступателно движение се осъществява посредством специални кинематични връзки: винтова гайка, сферично-винтово зъбно колело, зъбна рейка, колянов механизъм и други.

Естествено за конструкторите на работещи машини е желанието да се използват двигатели, роторът на които се движи линейно, за задвижване на работните органи, извършващи поступателно и възвратно -постъпателно движение.

В момента електрическите задвижвания се разработват с помощта на линейни асинхронни, вентилни и стъпкови двигатели… По принцип всеки тип линеен двигател може да бъде оформен от ротационен двигател чрез линейно преместване на цилиндричния статор в равнина.

Идея за структурата на линеен асинхронен двигател може да бъде получена чрез превръщане на статора на асинхронния двигател в равнина. В този случай векторът на силите на намагнитване на статора ще се движи линейно по размах на статора, т.е. в този случай се формира не въртящо се (както при конвенционалните двигатели), а пътуващо електромагнитно поле на статора.

Като вторичен елемент може да се използва феромагнитна лента, разположена с малка въздушна междина по протежението на статора. Тази лента играе ролята на ротор на клетка. Вторичният елемент се пренася от движещото се поле на статора и се движи линейно със скорост по -малка от скоростта на полето на статора с размера на линейното абсолютно приплъзване.

Линейната скорост на пътуващото електромагнитно поле ще бъде

където τ, m — полюсно деление — разстоянието между съседните полюси на линеен асинхронен двигател.

Скорост на вторичния елемент

където sЛ — относително линейно приплъзване.

Когато двигателят се захранва със напрежение със стандартна честота, получените скорости на полето ще бъдат достатъчно високи (повече от 3 m / s), което затруднява използването на тези двигатели за задвижване на промишлени механизми. Такива двигатели се използват за високоскоростни транспортни механизми. За да се получат по -ниски скорости на движение и контрол на скоростта на линеен асинхронен двигател, намотките му се захранват от честотен преобразувател.

Ориз. 1. Дизайнът на линейния едноосен двигател.

Използват се няколко възможности за проектиране на линеен асинхронен двигател. Един от тях е показан на фиг. 1. Тук вторичният елемент (2) — лента, свързана с работното тяло, се движи по водачите 1 под действието на пътуващо електромагнитно поле, създадено от статора 3. Този дизайн обаче е удобен за сглобяване с работеща машина , той е свързан със значителни потоци от течове на статорното поле, в резултат на което cosφ на двигателя ще бъде нисък.

Фиг. 2. Цилиндричен линеен двигател

За да се увеличи електромагнитната връзка между статора и вторичния елемент, последният се поставя в слота между двата статора или двигателят е проектиран като цилиндър (виж фиг. 2).В този случай статорът на двигателя е тръба (1), вътре в която има цилиндрични намотки (2), които са намотката на статора. Феромагнитните шайби 3 са поставени между бобините, които са част от магнитната верига. Вторичният елемент е тръбен прът, който също е изработен от феромагнитен материал.

Линейните асинхронни двигатели също могат да имат обърнат дизайн, при който вторичната част е неподвижна, докато статорът се движи. Тези двигатели обикновено се използват в превозни средства. В този случай като вторичен елемент се използва релса или специална лента, а статорът се поставя върху подвижна карета.

Недостатъкът на линейните асинхронни двигатели е ниската ефективност и свързаните с това загуби на енергия, предимно във вторичния елемент (загуби при приплъзване).

Напоследък, в допълнение към асинхронните, започнаха да се използват синхронни (клапанни) двигатели… Дизайнът на линеен двигател от този тип е подобен на този, показан на фиг. 1. Статорът на двигателя е превърнат в равнина, а на вторичния елемент са поставени постоянни магнити. Възможен е вариант на обърната конструкция, когато статорът е подвижна част, а вторичният елемент с постоянни магнити е неподвижен. Намотките на статора се превключват в зависимост от относителното положение на магнитите. За тази цел в конструкцията е предвиден датчик за положение (4 — на фиг. 1).

Линейните стъпкови двигатели също се използват ефективно за позиционни задвижвания. Ако статорът на стъпковия двигател е разгърнат в равнината, а вторичният елемент е направен под формата на плоча, върху която се образуват зъби чрез фрезоване на каналите, тогава при подходящо превключване на намотките на статора вторичният елемент ще изпълнете дискретно движение, стъпката на което може да бъде много малка — до части от милиметъра. Често се използва обърнат дизайн, при който вторичната е неподвижна.

Скоростта на линеен стъпков двигател се определя от стойността на разделянето на зъбите τ, броя на фазите m и честотата на превключване

Получаването на високи скорости на движение не създава трудности, тъй като увеличаването на разделението и честотата на предавките не е ограничено от технологични фактори. Ограничения съществуват за минималната стойност на τ, тъй като съотношението на назъбената стъпка към пролуката между статора и вторичната част трябва да бъде най -малко 10.

Използването на дискретно задвижване позволява не само да се опрости проектирането на механизми, изпълняващи линейно едноизмерно движение, но също така дава възможност да се получат две или многоосни движения с помощта на едно задвижване. Ако две системи от намотки са поставени ортогонално върху статора на подвижната част, а във вторичния елемент са направени канали в две перпендикулярни посоки, тогава подвижният елемент ще извърши дискретно движение в две координати, т.е. осигуряват движение в равнина.

В този случай възниква проблемът с създаването на опора за подвижния елемент. За решаването му може да се използва въздушна възглавница — налягането на въздуха, подаван в пространството под движещите се елементи. Линейните стъпкови двигатели осигуряват относително ниска тяга и ниска ефективност. Основните им области на приложение са светлинни манипулатори, машини за сглобяване на светлина, измервателни машини, машини за лазерно рязане и други устройства.