超过一半的直线电机应用于机床或半导体组件和电子产品的制造和组装。这不足为奇:与其他直线设备相比,直线电机是精确但通常昂贵的选择。事实上,这些相对较新的运动组件的应用还包括那些需要快速和精确的定位,或缓慢和非常稳定的轴横贯。下面介绍更多内容。
根据类型的不同,直线电机的速度从每秒几英寸到数千英寸不等。他们能够无限的行程和(与编码器)精度到±1 μm/100毫米。因此,各种医疗、检验和材料处理应用使用直线电机来提高吞吐量。
不像旋转电机(需要机械旋转到直线装置来获得直线冲程),直线电机是直接驱动的。因此,它们避免了传统齿条齿轮组的逐渐磨损。直线电机也避免了旋转电机的缺点带和滑轮的翻译…更具体地说,有限的推力,因为抗拉强度的限制;沉降时间太长;皮带拉伸、回档、机械上卷;典型的速度限制是15英尺/秒左右。以同样的方式,直线电机避免了丝杠和滚珠丝杠的效率(分别为50%和90%),以及鞭子和振动。它们也不会迫使工程师牺牲速度(更高的音调)来换取较低的分辨率。
多轴工作台在每个轴上使用直线电机,比传统的设置更紧凑,因此适合更小的空间。它们较低的组件数量也提高了可靠性。在这里,电机连接到常规驱动器,(在伺服操作中)运动控制器关闭位置环。
线性步进电机的速度可达70英寸。/秒,适用于相对快速的取放和检验机器。其他应用包括部分转运站。一些制造商出售双线性步进与一个共同的力形成X-Y级。这些台阶安装在任何方向上,具有高刚度和平整度,每100毫米可输出精确的移动。
一些对成本敏感的应用得益于混合直线电机,因为它们有廉价的铁磁压板。很像线性步进电机,他们改变磁饱和从压板形状反对磁流;反馈加上具有定位控制的PID回路有助于电机输出伺服级性能。唯一的问题是,混合动力电机有有限的输出和展示齿槽之间的耦合力和压板。这里有两种解决方案:相位齿偏移或驱动,以获得压板齿和部分强齿的部分饱和。一些混合动力电机也使用外部冷却来提高连续运行时的输出。
线性交流感应电机,功率可达2000英寸。/秒工作的人移动,过山车和大型航空航天应用。通用型可以移动几英寸到150英尺/秒或更快。圆柱形直线电机有钢棒和一个移动的线圈或充满堆叠磁铁的棒,所以在无数需要快速和准确的冲程的机器上工作。同样,无铁芯(或空芯)直线电机的输出功率可达3000n,速度超过230in /秒。这些功能使得这种直线电机亚型在长行程取放应用、飞剪安装、激光和水射流切割中不可或缺。
线性交流同步电机可输出7000牛或更多。有些使用水冷却来提高输出力——足够让马达驱动大型行李搬运和娱乐骑乘轴。铁芯电机也适用于精选的机床和机器人应用。
只考虑一个特定的机器人应用:KUKA Systems北美公司最近开始销售用于汽车车身装配线的PULSE载体传输系统。美国库卡公司的设计采用了MagneMotion公司的直线同步电机,在装配线的机器人工作站中移动车身部分,就像其他机械连接一样。
PULSE装置灵活,比传统的基于摩擦的传输系统快30%。这让工厂更多地利用工艺设备(并减少生产线的占地面积)。使用固态直线电机,PULSE线路的部件(传感器、连接器和电缆)磨损和故障更少。快速停止轴提高安全性。一条PULSE线路最多可处理四种型号,增加处理第二种型号的功能比传统传输系统更便宜。
薄膜包装采用直接驱动电机
在产品不断变化的情况下获得一致的包装是一个挑战。Alpenland Maschinenbau (ALPMA)旨在通过其新型MultiSAN薄膜包装机来克服这一问题,该机器可以包装圆形和矩形软奶酪、karospar包装奶酪、圆柱形和半月形奶酪。
MultiSAN的设计师Helmut Eitermoser说:“如今,一些奶酪制造商只生产少量奶酪,但每隔几个小时就会改变生产方式,按卡车来生产定制订单。”小批量生产的原因和其他行业一样:更短的产品生命周期,客户特定的产品要求和更多的产品种类。
到目前为止,奶酪制造商使用的包装机器是由一个镶有凸轮的机械主轴驱动各个机构的同步运动。
Eitermoser说:“这些凸轮机器只适用于一种产品类型的包装,因为它们精确、经济、耐用。”它们甚至可以包装相似的形状——圆形和半月形——和不同的大小。但这需要妥协,因为每个产品版本的包都不是最优的。这是不可能的基于凸轮的机器包装几个不同的产品在一个折叠或包装包装快速更换。这些任务需要在产品转换之前进行重新配置甚至更换机器。
对于MultiSAN, ALPMA设计团队使用了带有虚拟主轴和电子凸轮的直接驱动技术,以完全取代机械版本。
信封在奶酪下面折叠;机器使用四台水平安装的LinMot直线电机,每个电机通过一个联动装置驱动一个快门刀片。一旦机器用薄膜把奶酪包裹起来,用夹子把它固定在一个圆盘子上,百叶窗就会迅速连续地把突出的薄膜压在产品底部。这就形成了褶皱图案。另一个直线电机将奶酪从圆盘上推到传送带上。
对于这个应用,设计团队最初怀疑只有直线电机将具有所需的功率密度。Eitermoser说:“试验表明,旋转伺服电机不适合这项任务,因为它们占用太多空间。”相反,他为MultiSan选择了PS01-23x160H-HP-R电机。该电机的定子直径为23毫米(不包括插头连接),但当与E1130-DP-HC控制器耦合时,仍然可以输出峰值力至130牛。匹配的滑块有从20到780毫米的笔画版本。MultiSAN的版本有120毫米的行程。
直线电机节省空间的外形因素也使新设计与类似的机械凸轮版本占用相同的地板空间……而且两种机器类型的循环时间是相同的。
但差异比比皆是。为了创建一个模块化的结构,ALPMA设计团队将机械单元与快门驱动器相结合,以实现一个子系统的多个机器功能。它的设计功能是作为一个散热器的直线电机以及。这些机器功能有助于获得一致的和可重复包装的产品。
Eitermoser表示:“我们还利用了直线电机的灵敏度和直接反应,为运营商提供了一种解决产品一致性变化的方法。”因此,现场各方可以为各种一致性设置自己的参数,机器操作员可以通过一个按钮调整机器设置以适应产品的变化。
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