Actuador elèctric amb motors lineals

La majoria dels motors elèctrics són rotatius. Paral·lelament, molts òrgans de treball de màquines de producció han de realitzar, segons la tecnologia del seu treball, de translació (per exemple, transportadors, transportadors, etc.) o alternatius (mecanismes d'alimentació de màquines de tall de metall, manipuladors, pistons i altres màquines). ).

La transformació del moviment giratori en moviment de translació es realitza mitjançant connexions cinemàtiques especials: rosca de rosca, engranatge de cargol esfèric, cremallera, mecanisme de manivela i altres.

És natural que els constructors de màquines de treball vulguin utilitzar motors el rotor dels quals es mou linealment per impulsar els cossos de treball realitzant un moviment cap endavant i alternatiu.

Actualment, els accionaments elèctrics es desenvolupen utilitzant lineals asíncrons, vàlvules i motors pas a pas… En principi, qualsevol tipus de motor lineal es pot formar a partir d'un motor rotatiu movent linealment l'estator cilíndric en un pla.

Es pot obtenir una idea de l'estructura d'un motor d'inducció lineal convertint l'estator del motor d'inducció en un pla. En aquest cas, el vector de les forces magnetitzants de l'estator es mourà linealment al llarg de l'envergadura de l'estator, és a dir. en aquest cas, no es forma un camp electromagnètic giratori (com en els motors convencionals), sinó un camp electromagnètic itinerant de l'estator.

Com a element secundari, es pot utilitzar una banda ferromagnètica situada amb un petit espai d'aire al llarg de l'estator. Aquesta tira actua com a rotor cel·lular. L'element secundari és transportat pel camp de l'estator en moviment i es mou linealment a una velocitat inferior a la velocitat del camp de l'estator per la quantitat de lliscament absolut lineal.

La velocitat lineal del camp electromagnètic que es desplaça serà

on τ, m — pas dels pols — la distància entre pols adjacents d'un motor asíncron lineal.

Velocitat de l'element secundari

on sL — lliscament lineal relatiu.

Quan el motor es subministra amb tensió de freqüència estàndard, les velocitats de camp resultants seran prou altes (més de 3 m / s), cosa que dificulta l'ús d'aquests motors per accionar mecanismes industrials. Aquests motors s'utilitzen per a mecanismes de transport d'alta velocitat. Per tal d'obtenir velocitats de funcionament i control de velocitat més baixes d'un motor d'inducció lineal, els seus bobinatges s'alimenten per un convertidor de freqüència.

Arròs. 1. El disseny del motor lineal uniaxial.

S'utilitzen diverses opcions per dissenyar un motor d'inducció lineal. Un d'ells es mostra a la fig. 1.Aquí, l'element secundari (2), una cinta connectada al cos de treball, es mou al llarg de les guies 1 sota l'acció d'un camp electromagnètic mòbil creat per l'estator 3. No obstant això, aquest disseny és convenient per al muntatge amb una màquina de treball, és s'associa a corrents de fuga importants del camp de l'estator, de manera que el cosφ del motor serà baix.

Fig. 2. Motor lineal cilíndric

Per augmentar la connexió electromagnètica entre l'estator i l'element secundari, aquest últim es col·loca a la ranura entre els dos estators, o el motor està dissenyat com un cilindre (vegeu la figura 2) En aquest cas, l'estator del motor és un tub. (1), dins del qual hi ha bobinatges cilíndrics (2) que són el bobinat de l'estator. Les volanderes ferromagnètiques 3 es col·loquen entre les bobines que formen part del circuit magnètic. L'element secundari és una vareta tubular, que també està feta d'un material ferromagnètic.

Els motors d'inducció lineals també poden tenir un disseny invertit on el secundari està estacionari mentre l'estator es mou. Aquests motors s'utilitzen generalment en vehicles. En aquest cas, s'utilitza un rail o una cinta especial com a element secundari i l'estator es col·loca en un carro mòbil.

El desavantatge dels motors asíncrons lineals és la baixa eficiència i les pèrdues energètiques associades, principalment en l'element secundari (pèrdues per lliscament).

Recentment, a més dels asíncrons, es van començar a utilitzar motors síncrons (vàlvules).… El disseny d'un motor lineal d'aquest tipus és similar al que es mostra a la fig. 1. L'estator del motor es converteix en un pla, i es col·loquen imants permanents al secundari.És possible una variant de disseny invertit on l'estator és una peça mòbil i l'element secundari d'imant permanent és estacionari. Els bobinatges de l'estator es canvien en funció de la posició relativa dels imants. Amb aquest propòsit, el disseny inclou un sensor de posició (4 — a la figura 1).

Els motors pas a pas lineals també s'utilitzen eficaçment per a accionaments posicionals. Si l'estator del motor pas a pas es desplega al pla i l'element secundari es fa en forma de placa, sobre la qual es formen les dents fresant els canals, llavors amb la commutació adequada dels bobinatges de l'estator, l'element secundari es farà. un moviment discret, el pas del qual pot ser molt petit, fins a fraccions de mil·límetre. Sovint s'utilitza un disseny invertit quan el secundari és estacionari.

La velocitat d'un motor pas a pas lineal ve determinada pel valor de la separació de les dents τ, el nombre de fases m i la freqüència de commutació.

L'obtenció de velocitats de moviment elevades no crea dificultats, ja que l'augment de la divisió i la freqüència dels engranatges no està limitat per factors tecnològics. Hi ha restriccions sobre el valor mínim de τ, ja que la relació entre el pas i la bretxa entre l'estator i el secundari ha de ser almenys 10.

L'ús d'un accionament discret permet no només simplificar el disseny de mecanismes que realitzen un moviment lineal unidimensional, sinó que també permet obtenir moviments de dos o diversos eixos mitjançant un únic accionament.Si dos sistemes de bobinatge es col·loquen ortogonalment a l'estator de la part mòbil i es fan ranures a l'element secundari en dues direccions perpendiculars, aleshores l'element mòbil realitzarà un moviment discret en dues coordenades, és a dir. proporcionar moviment en un avió.

En aquest cas, sorgeix el problema de crear suport per a l'element mòbil. Per solucionar-ho, es pot utilitzar un coixí d'aire: la pressió de l'aire subministrat a l'espai sota els elements mòbils. Els motors pas a pas lineals proporcionen una empenta relativament baixa i una baixa eficiència. Les seves principals àrees d'aplicació són manipuladors de llum, màquines de muntatge de llum, màquines de mesura, màquines de tall per làser i altres dispositius.