Attuatore elettrico con motori lineari

La maggior parte dei motori elettrici è rotativa. Allo stesso tempo, molti organi di lavoro delle macchine di produzione devono, secondo la tecnologia del loro lavoro, eseguire traslazioni (ad esempio trasportatori, trasportatori, ecc.) o alternativi (meccanismi per l'alimentazione di macchine per il taglio dei metalli, manipolatori, pistoni e altre macchine ).

La trasformazione del movimento rotatorio in movimento traslatorio viene effettuata mediante speciali collegamenti cinematici: madrevite, ingranaggio a vite sferica, cremagliera, manovella e altri.

È naturale che i costruttori di macchine operatrici vogliano utilizzare motori il cui rotore si muove linearmente per azionare i corpi operanti che compiono un movimento di avanzamento e alternato.

Attualmente, gli azionamenti elettrici vengono sviluppati utilizzando asincroni lineari, valvole e motori passo-passo… In linea di principio, qualsiasi tipo di motore lineare può essere formato da un motore rotativo spostando linearmente lo statore cilindrico in un piano.

Un'idea della struttura di un motore a induzione lineare può essere ottenuta trasformando lo statore del motore a induzione in un piano. In questo caso, il vettore delle forze magnetizzanti dello statore si sposterà linearmente lungo l'arco dello statore, cioè in questo caso non si forma un campo elettromagnetico rotante (come nei motori convenzionali), ma un campo elettromagnetico mobile dello statore.

Come elemento secondario può essere utilizzata una striscia ferromagnetica posta con un piccolo traferro lungo lo statore. Questa striscia funge da rotore cellulare. L'elemento secondario è trasportato dal campo di statore in movimento e si muove linearmente a una velocità inferiore alla velocità del campo di statore per la quantità di scorrimento assoluto lineare.

La velocità lineare del campo elettromagnetico in movimento sarà

dove τ, m — passo polare — la distanza tra i poli adiacenti di un motore asincrono lineare.

Velocità dell'elemento secondario

dove sL — scorrimento lineare relativo.

Quando il motore viene alimentato con tensione di frequenza standard, le velocità di campo risultanti saranno sufficientemente elevate (più di 3 m / s), il che rende difficile l'utilizzo di questi motori per azionare meccanismi industriali. Tali motori sono utilizzati per meccanismi di trasporto ad alta velocità. Per ottenere velocità di marcia inferiori e controllo della velocità di un motore a induzione lineare, i suoi avvolgimenti sono alimentati da un convertitore di frequenza.

Riso. 1. Il design del motore uniassiale lineare.

Diverse opzioni sono utilizzate per progettare un motore a induzione lineare. Uno di questi è mostrato in fig. 1.Qui, l'elemento secondario (2) - un nastro collegato al corpo di lavoro, si muove lungo le guide 1 sotto l'azione di un campo elettromagnetico mobile creato dallo statore 3. Tuttavia, questo design è conveniente per l'assemblaggio con una macchina funzionante, esso è associato a correnti di dispersione significative del campo dello statore, per cui il cosφ del motore sarà basso.

Fico. 2. Motore lineare cilindrico

Per aumentare il collegamento elettromagnetico tra lo statore e l'elemento secondario, quest'ultimo viene posizionato nella fessura tra i due statori, oppure il motore è progettato come un cilindro (vedi Fig. 2), in questo caso lo statore del motore è un tubo (1), all'interno dei quali si trovano degli avvolgimenti cilindrici (2) che costituiscono l'avvolgimento statorico. Le rondelle ferromagnetiche 3 sono poste tra le bobine che fanno parte del circuito magnetico. L'elemento secondario è un'asta tubolare, anch'essa in materiale ferromagnetico.

I motori a induzione lineare possono anche avere un design invertito in cui il secondario è fermo mentre lo statore si muove. Questi motori sono generalmente utilizzati nei veicoli. In questo caso, come elemento secondario viene utilizzata una rotaia o un nastro speciale e lo statore viene posizionato su un carrello mobile.

Lo svantaggio dei motori asincroni lineari è la bassa efficienza e le relative perdite di energia, principalmente nell'elemento secondario (perdite per scorrimento).

Di recente, oltre all'asincrono, hanno iniziato ad essere utilizzati motori sincroni (a valvole).… Il design di un motore lineare di questo tipo è simile a quello mostrato in fig. 1. Lo statore del motore viene trasformato in un piano e i magneti permanenti vengono posizionati sul secondario.È possibile una variante di progettazione invertita in cui lo statore è una parte mobile e l'elemento secondario del magnete permanente è fisso. Gli avvolgimenti dello statore vengono commutati in base alla posizione relativa dei magneti. A tale scopo, nel design è previsto un sensore di posizione (4 - in Fig. 1).

I motori passo-passo lineari sono utilizzati efficacemente anche per azionamenti posizionali. Se lo statore del motore passo-passo è dispiegato nel piano e l'elemento secondario è realizzato sotto forma di una piastra, sulla quale sono formati i denti fresando i canali, quindi con un'adeguata commutazione degli avvolgimenti dello statore, l'elemento secondario si esibirà un movimento discreto, il cui passo può essere molto piccolo, fino a frazioni di millimetro. Un design invertito viene spesso utilizzato dove il secondario è fermo.

La velocità di un motore passo-passo lineare è determinata dal valore della separazione dei denti τ, dal numero di fasi m e dalla frequenza di commutazione

Ottenere elevate velocità di movimento non crea difficoltà, poiché l'aumento della divisione e della frequenza degli ingranaggi non è limitato da fattori tecnologici. Esistono restrizioni sul valore minimo di τ, poiché il rapporto tra il passo e lo spazio tra lo statore e il secondario deve essere almeno 10.

L'uso di un azionamento discreto consente non solo di semplificare la progettazione di meccanismi che eseguono un movimento lineare unidimensionale, ma consente anche di ottenere movimenti a due o più assi utilizzando un singolo azionamento.Se due sistemi di avvolgimento sono posizionati ortogonalmente sullo statore della parte mobile e le scanalature sono realizzate nell'elemento secondario in due direzioni perpendicolari, allora l'elemento mobile eseguirà un movimento discreto in due coordinate, ad es. fornire movimento su un piano.

In questo caso si pone il problema di creare un supporto per l'elemento mobile. Per risolverlo, è possibile utilizzare un cuscino d'aria: la pressione dell'aria fornita allo spazio sotto gli elementi in movimento. I motori passo-passo lineari forniscono una spinta relativamente bassa e una bassa efficienza. Le loro principali aree di applicazione sono i manipolatori di luce, le macchine di assemblaggio leggero, le macchine di misurazione, le macchine per il taglio laser e altri dispositivi.