Elektrický pohon s lineárnymi motormi

Väčšina elektromotorov je rotačných. Zároveň mnohé pracovné telesá výrobných strojov musia podľa technológie svojej práce vykonávať translačné (napríklad dopravníky, dopravníky a pod.) alebo vratné (mechanizmy na podávanie obrábacích strojov, manipulátorov, piestov a iných strojov). ).

Transformácia rotačného pohybu na translačný pohyb sa uskutočňuje pomocou špeciálnych kinematických spojení: skrutková matica, guľový skrutkový prevod, ozubená tyč, kľukový mechanizmus a iné.

Je prirodzené, že konštruktéri pracovných strojov chcú na pohon pracovných telies vykonávajúcich dopredný a vratný pohyb použiť motory, ktorých rotor sa pohybuje lineárne.

V súčasnosti sú elektrické pohony vyvíjané pomocou lineárnych asynchrónnych, ventilových a krokové motory… Z rotačného motora môže byť lineárnym pohybom valcového statora v rovine vytvorený akýkoľvek typ lineárneho motora.

Predstavu o štruktúre lineárneho indukčného motora možno získať otočením statora indukčného motora do roviny. V tomto prípade sa vektor magnetizačných síl statora bude pohybovať lineárne po rozpätí statora, t.j. v tomto prípade nevzniká rotujúce (ako u bežných motorov), ale pohybujúce sa elektromagnetické pole statora.

Ako sekundárny prvok možno použiť feromagnetický pás umiestnený s malou vzduchovou medzerou pozdĺž statora. Tento pás pôsobí ako bunkový rotor. Sekundárny prvok je nesený pohyblivým statorovým poľom a pohybuje sa lineárne rýchlosťou menšou ako je rýchlosť statorového poľa o veľkosť lineárneho absolútneho sklzu.

Lineárna rýchlosť postupujúceho elektromagnetického poľa bude

kde τ, m — rozstup pólov — vzdialenosť medzi susednými pólmi lineárneho asynchrónneho motora.

Rýchlosť sekundárneho prvku

kde sL — relatívny lineárny sklz.

Keď je motor napájaný štandardným frekvenčným napätím, výsledné rýchlosti poľa budú dostatočne vysoké (viac ako 3 m/s), čo sťažuje použitie týchto motorov na pohon priemyselných mechanizmov. Takéto motory sa používajú pre vysokorýchlostné dopravné mechanizmy. Aby sa dosiahli nižšie rýchlosti chodu a riadenie rýchlosti lineárneho indukčného motora, jeho vinutia sú napájané frekvenčným meničom.

Ryža. 1. Konštrukcia lineárneho jednoosového motora.

Na návrh lineárneho indukčného motora sa používa niekoľko možností. Jeden z nich je znázornený na obr. 1.Sekundárny prvok (2) - páska spojená s pracovným telesom sa tu pohybuje pozdĺž vodidiel 1 pôsobením postupujúceho elektromagnetického poľa vytvoreného statorom 3. Táto konštrukcia je však vhodná na montáž s pracovným strojom, je spojená so značnými zvodovými prúdmi statorového poľa, v dôsledku čoho bude cosφ motora nízka.

Obr. 2. Cylindrický lineárny motor

Na zvýšenie elektromagnetického spojenia medzi statorom a sekundárnym prvkom je tento umiestnený v štrbine medzi oboma statormi, alebo je motor konštruovaný ako valec (pozri obr. 2) V tomto prípade je stator motora rúrkový (1), vo vnútri ktorého sú valcové vinutia (2), ktoré sú vinutím statora. Feromagnetické podložky 3 sú umiestnené medzi cievkami, ktoré sú súčasťou magnetického obvodu. Sekundárnym prvkom je rúrková tyč, ktorá je tiež vyrobená z feromagnetického materiálu.

Lineárne indukčné motory môžu mať aj obrátený dizajn, kde je sekundárny motor stacionárny, zatiaľ čo sa stator pohybuje. Tieto motory sa bežne používajú vo vozidlách. V tomto prípade sa ako sekundárny prvok používa koľajnica alebo špeciálna páska a stator je umiestnený na pohyblivom vozíku.

Nevýhodou lineárnych asynchrónnych motorov je nízka účinnosť a s tým spojené straty energie hlavne v sekundárnom prvku (sklzové straty).

Nedávno sa začali používať okrem asynchrónnych synchrónne (ventilové) motory… Konštrukcia lineárneho motora tohto typu je podobná ako na obr. 1. Stator motora je otočený do roviny a na sekundár sú umiestnené permanentné magnety.Je možný obrátený variant konštrukcie, kde stator je pohyblivá časť a sekundárny prvok permanentného magnetu je stacionárny. Vinutia statora sa spínajú v závislosti od vzájomnej polohy magnetov. Na tento účel je v konštrukcii poskytnutý snímač polohy (4 — na obr. 1).

Lineárne krokové motory sa efektívne využívajú aj na pozičné pohony. Ak je stator krokového motora rozmiestnený v rovine a sekundárny prvok je vyrobený vo forme dosky, na ktorej sú frézovaním kanálov vytvorené zuby, potom pri vhodnom prepínaní statorových vinutí sekundárny prvok vykoná diskrétny pohyb, ktorého krok môže byť veľmi malý — na zlomky milimetra. Obrátený dizajn sa často používa tam, kde je sekundárny stacionárny.

Rýchlosť lineárneho krokového motora je určená hodnotou vzdialenosti zubov τ, počtom fáz m a frekvenciou spínania

Získanie vysokých rýchlostí pohybu nespôsobuje ťažkosti, pretože zvýšenie rozdelenia a frekvencie prevodov nie je obmedzené technologickými faktormi. Existujú obmedzenia týkajúce sa minimálnej hodnoty τ, pretože pomer stúpania k medzere medzi statorom a sekundárom musí byť aspoň 10.

Použitie diskrétneho pohonu umožňuje nielen zjednodušiť konštrukciu mechanizmov vykonávajúcich lineárny jednorozmerný pohyb, ale tiež umožňuje získať dvoj- alebo viacosové pohyby pomocou jediného pohonu.Ak sú na stator pohyblivej časti ortogonálne umiestnené dva systémy vinutia a v sekundárnom prvku sú vytvorené drážky v dvoch kolmých smeroch, potom bude pohyblivý prvok vykonávať diskrétny pohyb v dvoch súradniciach, t.j. poskytnúť pohyb v rovine.

V tomto prípade vzniká problém vytvorenia opory pre pohyblivý prvok. Na jeho vyriešenie možno použiť vzduchový vankúš - tlak vzduchu privádzaného do priestoru pod pohyblivými prvkami. Lineárne krokové motory poskytujú relatívne nízky ťah a nízku účinnosť. Ich hlavnou oblasťou použitia sú ľahké manipulátory, ľahké montážne stroje, meracie stroje, laserové rezacie stroje a ďalšie zariadenia.