Auswahl des richtigen Motors für Linearbewegungsanwendungen

Linearbewegungssysteme sind in unzähligen Maschinen zu finden, darunter Präzisionslaserschneidsysteme, Laborautomatisierungsgeräte, Halbleiterfertigungsmaschinen, CNC-Maschinen, Fabrikautomatisierung und viele andere, zu zahlreich, um sie aufzulisten

Sie reichen von relativ einfachen wie einem kostengünstigen Sitzaktuator in einem Personenkraftwagen bis hin zu einem komplexen mehrachsigen Koordinatensystem mit Steuer- und Antriebselektronik für die Positionierung im geschlossenen Regelkreis. Egal wie einfach oder komplex das lineare Bewegungssystem ist, im Grunde genommen haben sie alle eines gemeinsam: das Bewegen einer Last über eine lineare Distanz in einer bestimmten Zeit.

Eine der häufigsten Fragen bei der Konstruktion eines Linearbewegungssystems dreht sich um die Motortechnologie. Sobald die Technologie ausgewählt ist, muss der Motor so dimensioniert werden, dass er den Anforderungen der Lastbeschleunigung, der Überwindung der Reibung im System und der Überwindung der Schwerkraft gerecht wird und gleichzeitig eine sichere maximale Betriebstemperatur aufrechterhält. Das Drehmoment, die Geschwindigkeit, die Leistung und die Positionierfähigkeit des Motors sind eine Funktion des Motordesigns, gekoppelt mit dem Antrieb und der Steuerung.

MIT WELCHEM MOTOR SOLLTE ICH STARTEN?

Bei der Entwicklung eines Linearbewegungssystems mit einer bestimmten Motortechnologie sind viele Anwendungsfragen zu berücksichtigen. Eine erschöpfende Erläuterung des gesamten Prozesses würde den Rahmen dieses Artikels sprengen. Die Absicht ist, Sie zum Nachdenken darüber anzuregen, die richtigen Fragen zu stellen, wenn Sie mit einem Motorenlieferanten sprechen.

Es gibt nicht den besten Motor für jede Anwendung, sondern den besten Motor für eine bestimmte Anwendung. Bei der überwiegenden Mehrheit der inkrementellen Bewegungsanwendungen besteht die Wahl zwischen einem Schrittmotor, einem DC-Bürstenmotor oder einem bürstenlosen DC-Motor. Die komplexesten Bewegungssysteme können Linearmotoren verwenden, die direkt mit der Last gekoppelt sind, wodurch die Notwendigkeit einer mechanischen Leistungsumwandlung vermieden wird; Es ist keine Übersetzung durch eine Leitspindel/Kugelumlaufspindel, ein Getriebe oder ein Riemenscheibensystem erforderlich. Obwohl mit kernlosen linearen Servosystemen mit Direktantrieb maximale Genauigkeit, Wiederholbarkeit und Positionierungsauflösung erreicht werden können, sind sie im Vergleich zu Rotationsmotoren am teuersten und komplex. Eine Architektur, die Drehmotoren verwendet, ist viel kostengünstiger und wird den meisten Linearbewegungsanwendungen gerecht; jedoch sind einige Mittel zur Umwandlung von „rotierend in linear“ (und folglich Leistungsumwandlung) erforderlich, um die Last anzutreiben.

Schritt-, Bürsten- und bürstenlose Motoren gelten alle als Gleichstrommotoren; Es gibt jedoch Feinheiten, die einen Ingenieur dazu veranlassen, in einer bestimmten Anwendung einen Typ gegenüber den beiden anderen zu bevorzugen. Es muss betont werden, dass diese Wahl stark von den Konstruktionsanforderungen des Systems abhängt, nicht nur in Bezug auf Geschwindigkeit und Drehmoment, sondern auch in Bezug auf Positioniergenauigkeit, Wiederholbarkeit und Auflösungsanforderungen. Es gibt nicht für jede Anwendung den perfekten Motor, und alle Entscheidungen erfordern Kompromisse beim Design. Auf der grundlegendsten Ebene arbeiten alle Motoren, ob sie als AC- oder DC-, Bürsten-, bürstenlose oder andere Elektromotoren bezeichnet werden, nach demselben physikalischen Prinzip, um ein Drehmoment zu erzeugen: die Wechselwirkung von Magnetfeldern. Es gibt jedoch dramatische Unterschiede in der Art und Weise, wie diese verschiedenen Motortechnologien in bestimmten Anwendungen reagieren. Die Gesamtmotorleistung, das Ansprechverhalten und die Drehmomenterzeugung hängen von der Methode der Felderregung und der Geometrie des Magnetkreises ab, die der physikalischen Motorkonstruktion, der Steuerung der Eingangsspannung und des Stroms durch die Steuerung/den Antrieb und der Methode der Geschwindigkeits- oder Positionsrückmeldung, falls vorhanden, innewohnt Anwendung erfordert.

DC-Schrittmotor-, Bürstenservo- und bürstenlose Servomotortechnologien verwenden alle eine Gleichstromversorgung, um sie mit Strom zu versorgen. Für Linearbewegungsanwendungen bedeutet dies nicht, dass eine feste Gleichstromquelle direkt an die Motorwicklungen angelegt werden kann; Elektronik wird benötigt, um den Wicklungsstrom (in Bezug auf das Ausgangsdrehmoment) und die Wicklungsspannung (in Bezug auf die Ausgangsdrehzahl) zu steuern. Nachfolgend finden Sie eine Zusammenfassung der Stärken und Schwächen der 3 Technologien.