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#Produkttrends
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Fünf Schritte zur Integration von Linearmotoren
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Typische Konfiguration des Motion System Designs
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Linearbewegungen sind für viele bewegliche Maschinen von zentraler Bedeutung, und die direkt angetriebene Natur der Linearmotoren kann das gesamte Maschinendesign in diesen Anwendungen vereinfachen. Weitere Vorteile sind die verbesserte Steifigkeit, da die Linearmotoren direkt an der Last befestigt sind.
Die Integration dieser Motoren (und der erforderlichen Peripheriekomponenten) kann entmutigend erscheinen, aber der Prozess kann in fünf einfache Schritte unterteilt werden. Durch diesen schrittweisen Prozess können Maschinen- und Roboterbauer die Vorteile von Linearmotoren ohne zusätzlichen Aufwand oder Komplexität nutzen.
1. Bestimmen Sie den Motortyp: Eisenkern versus eisenlos
Der erste Schritt ist die Auswahl des Linearmotors aus den verfügbaren Typen.
Eisenkernmotoren: Eisenkernmotoren sind am weitesten verbreitet und für allgemeine Automatisierungsanwendungen geeignet. Eisenkern bezieht sich auf die Wicklungskonstruktion dieses Motors, die aus Eisenkernblechen besteht. Eine typische Konfiguration besteht aus einer einseitig stationären Magnetspur und einer beweglichen Motorspule oder einem Forcer. Der Eisenkern maximiert die erzeugte Schubkraft und erzeugt eine magnetische Anziehungskraft zwischen der Spule und den Magneten.
Diese magnetische Anziehungskraft kann genutzt werden, um die Steifigkeit der Linearführung durch Vorspannung der Linearlager effektiv zu erhöhen. Die magnetische Vorspannung kann auch den Frequenzgang des Systems verbessern, indem sie die Abbremsung und das Einschwingen verbessert.
Zum anderen muss die Anziehungskraft durch eine erhöhte Tragfähigkeit von Traggliedern und Linearführungen richtig unterstützt werden. Dies kann die mechanische Konstruktionsfreiheit der Maschine beeinträchtigen.
Eine zweite eisenbehaftete Linearmotor-Konfiguration besteht aus einem Paar stationärer Magnetspuren, die auf beiden Seiten der beweglichen Spule angeordnet sind. Diese patentierte Konstruktion negiert die Auswirkungen der magnetischen Anziehung und liefert gleichzeitig höchste Kraft pro Querschnittsfläche. Die ausgewogene Konstruktion reduziert die Lagerbelastung, ermöglicht den Einsatz kleinerer Linearlager und verringert die Lagergeräusche.
Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VorteileEisenlose Motoren: Es gibt auch eisenlose Linearmotoren; diese Motoren haben kein Eisen in der Spule, so dass es keine Anziehung zwischen den Motorteilen gibt.
Die häufigste eisenlose Ausführung ist der U-Kanal: Zwei Magnetspuren werden zu einem Kanal verbunden, in dem sich die Motorspule (oder der Forcer) bewegt. Dieser Motor ist ideal für Anwendungen, die eine geringe Geschwindigkeitswelligkeit und hohe Beschleunigung erfordern. Die zugkraft- und verzahnungsfreie Konstruktion minimiert die Drehmomentwelligkeit; die Beschleunigung wird erhöht, da die Spule relativ leicht ist.
Eine zweite eisenlose Konfiguration hat die Form eines Zylinders. Die Magnete sind in einem Edelstahlrohr gestapelt, und die Motorspule bewegt sich um den Zylinder. Diese Konfiguration eignet sich für den Austausch von Kugelgewindetrieben, da sie bei etwa gleichem Bauraum wesentlich höhere Geschwindigkeiten und Positioniergenauigkeiten ermöglicht.
Coilauslegung und Bahnlänge
Unabhängig von der Konfiguration sollten alle Linearmotorspulen entsprechend den Anforderungen der Anwendung dimensioniert werden: aufgebrachte Last, Zielbewegungsprofil, Tastverhältnis, Genauigkeit, Präzision, Lebensdauer und Betriebsumgebung. Trinkgeld: Nutzen Sie den technischen Support von Linearmotorherstellern und die (oft kostenlose) Auslegungssoftware, um den besten Motortyp und die beste Größe für eine bestimmte Anwendung auszuwählen.
Die Magnetspurabschnitte werden in mehreren Längen angeboten und können zur Erreichung der Zielverfahrlänge durchgehend gestapelt werden, wobei die Gesamtmagnetlänge nahezu unbegrenzt ist. Um die Konstruktion zu vereinfachen und die Kosten zu reduzieren, ist es am besten, die längsten vom Hersteller erhältlichen Magnetschienenabschnitte zu verwenden.
2. Entscheiden Sie sich für einen Encoder
Der zweite Schritt beim Entwurf eines Linearmotorsystems ist die Auswahl des Linearencoders. Am gebräuchlichsten sind inkrementale Längenmessgeräte mit optischen oder magnetischen Lesekopfsensoren. Wählen Sie einen Drehgeber mit der für die Anwendung erforderlichen Auflösung und Genauigkeit und einen, der für die Maschinenumgebung geeignet ist.
Die Rückmeldung des Gebers wird typischerweise über eine sinusförmige analoge oder digitale Impulsfolge an den Servoverstärker zurückgesendet. Eine weitere Option ist die serielle Hochgeschwindigkeits-Encoder-Rückmeldung - sie bietet höhere Datenraten, eine höhere Bitauflösung, eine größere Störfestigkeit, längere Kabellängen und umfassende Alarminformationen.
Die serielle Kommunikation wird auf zwei Arten angeschlossen.
Die direkte Kommunikation zwischen Verstärker und Encoder ist mit Encodern möglich, die ein zum Verstärker kompatibles serielles Encoderprotokoll besitzen.
Wenn ein Encoder keinen seriellen Ausgang hat (oder wenn das serielle Ausgangsprotokoll nicht mit dem Verstärker kompatibel ist), kann ein serielles Wandlermodul verwendet werden. In diesem Fall nimmt das Modul zusammen mit dem Hallsensorsignal ein Analogsignal vom Geber auf, teilt das Analogsignal auf und überträgt diese Signaldaten seriell zum Servoverstärker. Hallsensordaten werden beim Einschalten und zur Überprüfung der Geberrückmeldung verwendet.
Mehrere Hersteller von Linearencodern bieten jetzt absolute Linearencoder an, die eine Vielzahl von seriellen Kommunikationsprotokollen unterstützen, einschließlich proprietärer Protokolle von Drittverstärkerherstellern.
3. Wählen Sie den Verstärker
Der dritte Schritt im Designprozess ist die Auswahl des Servoverstärkers. Der Verstärker muss entsprechend dem Motor richtig dimensioniert werden.
Plug and Play ist ein Feature, das nur von Anbietern angeboten werden kann, die sowohl Servomotoren als auch Verstärker herstellen. Einige Anbieter bieten Plug-and-Play an, um die Inbetriebnahmezeit zu verkürzen und eine korrekte Konfiguration zu gewährleisten.
Einige Servoverstärker verfügen über eine automatische Motorerkennung und einen Tuning-Less-Modus, die eine Abstimmung des Servosystems überflüssig machen. Mit dieser Software werden die Motorspezifikationen (einschließlich der Überlasteigenschaften) beim Einschalten automatisch vom Motor in den Servoverstärker geladen. Dadurch werden potenzielle Benutzerfehler bei der Eingabe von Motorspezifikationen ausgeschlossen, wodurch das Risiko von Motorausreißern und Phasenfehlern praktisch ausgeschlossen wird.
4. Tragstäbe und Lager auswählen
Die beiden letzten Konstruktionsschritte gehen Hand in Hand, um die Konstruktion des Linearmotorsystems zu vervollständigen: Der vierte Schritt ist die Auswahl eines Linearführungssystems und der fünfte Schritt die Auslegung der Tragteile.
Bei den meisten Linearmotorbaugruppen gibt es zwei wichtige Ausrichtungen: den Motor-Magnet-Spaltabstand zwischen der Spule und der Magnetspur und den Spaltabstand zwischen dem Encoder-Lesekopf und dem Linearmaßstab. Letzteres Kriterium entfällt bei der Auswahl eines gekapselten Längenmessgerätes.
Trinkgeld
Die Linearlager sollten eine ausreichende Präzision bieten, um die Spalttoleranzen einzuhalten, während die Tragteile so konstruiert sein sollten, dass die Komponenten richtig platziert sind und die Anforderungen an die Parallelität der Linearlager und des Messgerätes erfüllt werden.
Sind diese Kriterien erfüllt, hängt die Auswahl und Auslegung der Lager und Tragteile letztlich von den Leistungsanforderungen der Maschine ab. Anwendungen, die eine hohe Genauigkeit und Präzision erfordern, benötigen ein hochauflösendes und hochgenaues Messgerät sowie hochgenaue Linearlager.
Berücksichtigen Sie bei der Dimensionierung dieser Lager die Nutzlast und die magnetischen Anziehungskräfte, die mit eisenbehafteten Linearmotoren verbunden sind. In vielen Fällen können die Träger der Linearlager und Magnetbahnen in den Maschinenrahmen integriert werden.