Warum ein Linearmotor anstelle eines Kugelgewindetriebs oder eines Linearaktuators?

Linearmotoranwendungen im Vergleich zu Linearaktuatoren.

Wenn jemand "Motor" sagt, denken die meisten Menschen in der Regel an etwas, das sich dreht. Motoren können jedoch auch andere Formen annehmen, wie z. B. Linearmotoren.

Der Linearmotor wurde in den späten 1940er Jahren von Dr. Eric Laithwaite von der Universität Manchester erfunden. Ursprünglich waren sie Geräte mit geringer Beschleunigung, aber in der heutigen Zeit ist die Technologie in der Lage, extrem hohe Geschwindigkeiten in der Automatisierung zu erreichen. Die Technologie wurde auch zur Grundlage für den Magnetschwebebahnverkehr.

Konstruktion

Im Gegensatz zu Rotationsmotoren verfügen Linearmotoren nicht über einen Rotor, der sich in einem Stator dreht, sondern über einen Schlitten, der sich auf einer Schiene hin und her bewegt.

Der Aufbau eines Linearmotors ist derselbe wie der eines rotierenden Drehstrommotors, jedoch aufgeklappt und abgeflacht. Die Konfiguration eines Servoantriebs für einen Linearmotor ist identisch mit der Konfiguration eines Antriebs für einen Drehmotor.

Ein Linearmotor besteht aus Permanentmagneten mit wechselnder Polarität und einem beweglichen Schlitten mit drei Phasen von Spulen. Die Stromrichtung durch diese Spulen magnetisiert die Phasen Nord oder Süd, wodurch der Schlitten entlang der Motorbahn gezogen bzw. geschoben wird.

Anwendungen im Vergleich zu Linearaktuatoren

Linearmotoren sind nicht die einzige Möglichkeit, eine lineare Bewegungssteuerung zu erreichen. In vielen Fällen kann die gleiche Bewegung auch mit einem Drehmotor und einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearantrieb erreicht werden. Kugelumlaufspindeln und Linearaktuatoren sind in der Regel viel preiswerter als Linearmotoren, so dass man sich fragen könnte:

Warum sollte man einen Linearmotor anstelle einer Kugelumlaufspindel oder eines Linearaktuators verwenden?

Kurze Antwort: Linearmotoren sind für schnelle Bewegungen, Beschleunigung und sehr hohe Genauigkeit geeignet. Kugelumlaufspindeln und Linearaktuatoren sind für hohe Kräfte und geringere Kosten gedacht.

Lange Antwort: Wie wir gesehen haben, ist ein Linearmotor genauso aufgebaut wie ein bürstenloser Drehmotor, nur eben abgeflacht. Beim Einsatz in einer Anwendung wird die Last am Schlitten befestigt, der sich entlang der Permanentmagneten bewegt. Da es kein Getriebe gibt, handelt es sich um ein Direktantriebssystem, das eine unglaubliche Reaktionsfähigkeit und Geschwindigkeit ohne Spiel bietet. Der Nachteil ist, dass die Kraft durch die Stärke der magnetischen Kräfte und die Leistung, die von den Motorspulen übertragen werden kann, begrenzt ist.

Kugelumlaufspindeln und Linearaktuatoren hingegen verwenden Drehmotoren, die mit einem mechanischen Getriebesystem verbunden sind, das die Drehbewegung in eine lineare Bewegung umsetzt. Da ein Getriebe beteiligt ist, ist die verfügbare Kraft viel höher als die eines Linearmotors. Je kürzer die Steigung der Kugelumlaufspindel ist, desto größer ist die Kraft, die erzeugt werden kann, aber die Geschwindigkeit ist geringer. Außerdem muss bei vielen dieser Systeme mit Spiel gerechnet werden, was die Genauigkeit beeinträchtigt.

Linearmotoren werden in Direktantriebsanwendungen eingesetzt, bei denen die Anforderungen an Geschwindigkeit und Genauigkeit höher sind als die, die ein Rotationsmotor und ein mechanischer Aktuator bieten können, wie z. B. bei industriellen 3D-Druckern, bei denen Geschwindigkeit und Beschleunigung mit einer Kugelumlaufspindel oder einem Linearaktuator wahrscheinlich nicht möglich sind.