Elektrický pohon s lineárními motory

Většina elektromotorů je rotačních. Přitom řada pracovních orgánů výrobních strojů musí podle technologie své práce vykonávat translační (například dopravníky, dopravníky apod.) nebo vratné (mechanismy pro podávání obráběcích strojů, manipulátorů, pístů a dalších strojů ).

Přeměna rotačního pohybu na translační pohyb se provádí pomocí speciálních kinematických spojení: šroubová matice, kulové šroubové kolo, ozubená tyč, klikový mechanismus a další.

Je přirozené, že konstruktéři pracovních strojů chtějí k pohonu pracovních těles vykonávajících dopředný a vratný pohyb používat motory, jejichž rotor se pohybuje lineárně.

V současné době jsou elektrické pohony vyvíjeny pomocí lineárních asynchronních, ventilových a krokové motory… Z rotačního motoru lze lineárním pohybem válcového statoru v rovině vytvořit v zásadě jakýkoli typ lineárního motoru.

Představu o struktuře lineárního indukčního motoru lze získat otočením statoru indukčního motoru do roviny. V tomto případě se vektor magnetizačních sil statoru bude pohybovat lineárně po rozpětí statoru, tzn. v tomto případě se nevytváří rotující (jako u konvenčních motorů), ale pohybující se elektromagnetické pole statoru.

Jako sekundární prvek lze použít feromagnetický pásek umístěný s malou vzduchovou mezerou podél statoru. Tento pás funguje jako rotor článku. Sekundární prvek je nesen pohybujícím se statorovým polem a pohybuje se lineárně rychlostí menší, než je rychlost statorového pole o velikost lineárního absolutního skluzu.

Lineární rychlost postupujícího elektromagnetického pole bude

kde τ, m — rozteč pólů — vzdálenost mezi sousedními póly lineárního asynchronního motoru.

Rychlost sekundárního prvku

kde sL — relativní lineární skluz.

Když je motor napájen standardním frekvenčním napětím, výsledné rychlosti pole budou dostatečně vysoké (více než 3 m/s), což ztěžuje použití těchto motorů k pohonu průmyslových mechanismů. Takové motory se používají pro vysokorychlostní transportní mechanismy. Pro dosažení nižších rychlostí chodu a řízení otáček lineárního indukčního motoru jsou jeho vinutí napájena frekvenčním měničem.

Rýže. 1. Konstrukce lineárního jednoosého motoru.

Pro návrh lineárního indukčního motoru se používá několik možností. Jeden z nich je znázorněn na Obr. 1.Sekundární prvek (2) - páska spojená s pracovním tělesem se zde pohybuje podél vodítek 1 působením postupujícího elektromagnetického pole vytvářeného statorem 3. Tato konstrukce je však vhodná pro montáž s pracovním strojem. je spojena se značnými svodovými proudy statorového pole, v důsledku čehož bude cosφ motoru nízká.

Obr. 2. Válcový lineární motor

Pro zvýšení elektromagnetického spojení mezi statorem a sekundárním prvkem je tento umístěn ve štěrbině mezi dvěma statory, nebo je motor konstruován jako válec (viz obr. 2).V tomto případě je stator motoru trubkový (1), uvnitř kterého jsou válcová vinutí (2), která jsou statorovým vinutím. Feromagnetické podložky 3 jsou umístěny mezi cívkami, které jsou součástí magnetického obvodu. Sekundárním prvkem je trubková tyč, která je rovněž vyrobena z feromagnetického materiálu.

Lineární indukční motory mohou mít také obrácenou konstrukci, kde sekundár stojí, zatímco se stator pohybuje. Tyto motory se obecně používají ve vozidlech. V tomto případě je jako sekundární prvek použita kolejnice nebo speciální páska a stator je umístěn na pohyblivém vozíku.

Nevýhodou lineárních asynchronních motorů je nízká účinnost a s tím spojené energetické ztráty hlavně v sekundárním prvku (skluzové ztráty).

Nedávno se kromě asynchronních začaly používat synchronní (ventilové) motory… Konstrukce lineárního motoru tohoto typu je podobná jako na Obr. 1. Stator motoru je otočen do roviny a na sekundáru jsou umístěny permanentní magnety.Je možná varianta obráceného provedení, kdy stator je pohyblivá část a sekundární prvek permanentního magnetu je stacionární. Vinutí statoru se spíná v závislosti na vzájemné poloze magnetů. Pro tento účel je v konstrukci navržen snímač polohy (4 — na obr. 1).

Lineární krokové motory se také efektivně používají pro polohové pohony. Pokud je stator krokového motoru rozmístěn v rovině a sekundární prvek je vyroben ve formě desky, na které jsou frézováním kanálů vytvořeny zuby, pak při vhodném přepínání statorových vinutí sekundární prvek provede diskrétní pohyb, jehož krok může být velmi malý — na zlomky milimetru. Obrácená konstrukce se často používá tam, kde je sekundární část stacionární.

Rychlost lineárního krokového motoru je dána hodnotou vzdálenosti zubů τ, počtem fází m a spínací frekvencí

Získání vysokých rychlostí pohybu nezpůsobuje potíže, protože zvýšení dělení a frekvence převodů není omezeno technologickými faktory. Existují omezení pro minimální hodnotu τ, protože poměr stoupání k mezeře mezi statorem a sekundárem musí být alespoň 10.

Použití diskrétního pohonu umožňuje nejen zjednodušit konstrukci mechanismů provádějících lineární jednorozměrný pohyb, ale také umožňuje získat dvou nebo víceosé pohyby pomocí jediného pohonu.Jsou-li na statoru pohyblivého dílu ortogonálně umístěny dva systémy vinutí a v sekundárním prvku jsou vytvořeny drážky ve dvou kolmých směrech, pak bude pohyblivý prvek vykonávat diskrétní pohyb ve dvou souřadnicích, tzn. zajistit pohyb v rovině.

V tomto případě nastává problém vytvoření podpory pro pohyblivý prvek. K jeho vyřešení lze použít vzduchový polštář - tlak vzduchu přiváděného do prostoru pod pohyblivými prvky. Lineární krokové motory poskytují relativně nízký tah a nízkou účinnost. Jejich hlavní oblastí použití jsou lehké manipulátory, lehké montážní stroje, měřicí stroje, laserové řezací stroje a další zařízení.