Линеен стъпков двигател, известен още католинеен стъпков двигател, е магнитно роторно ядро, което чрез взаимодействие с импулсното електромагнитно поле, генерирано от статора, произвежда въртене, а линейният стъпков двигател вътре в двигателя преобразува въртеливото движение в линейно. Линейните стъпкови двигатели могат да извършват директно линейно движение или линейно възвратно-постъпателно движение. Ако ротационен двигател се използва като източник на захранване за преобразуване в линейно движение, са необходими зъбни колела, гърбични конструкции и механизми като ремъци или проводници. Първото въвеждане на линейни стъпкови двигатели е през 1968 г., а следващата фигура показва някои типични линейни стъпкови двигатели.
Основен принцип на външно задвижваните линейни двигатели
Роторът на външно задвижван линеен стъпков двигател е постоянен магнит. Когато токът тече през намотката на статора, тя генерира векторно магнитно поле. Това магнитно поле кара ротора да се върти под определен ъгъл, така че посоката на двойката магнитни полета на ротора съвпада с посоката на магнитното поле на статора. Когато векторното магнитно поле на статора се завърти под ъгъл, роторът също се върти под ъгъл с това магнитно поле. За всеки входен електрически импулс, електрическият ротор се завърта с един ъгъл и се придвижва с една стъпка напред. Той генерира ъглово отместване, пропорционално на броя на входните импулси, и скорост, пропорционална на честотата на импулсите. Промяната на реда на захранване на намотките обръща посоката на двигателя. Така въртенето на стъпковия двигател може да се контролира чрез контролиране на броя на импулсите, честотата и реда на захранване на намотките на двигателя за всяка фаза.
Двигателят използва винт като изходяща ос, а външна задвижваща гайка е зацепена с винта извън двигателя, като по този начин предотвратява завъртането на гайката спрямо другата, като по този начин се постига линейно движение. Резултатът е значително опростен дизайн, който позволява използването на линейни стъпкови двигатели директно за прецизно линейно движение в много приложения, без инсталирането на външна механична връзка.
Предимства на външно задвижваните линейни двигатели
Прецизни линейни винтови стъпкови двигатели могат да заменят цилиндри внякои приложения, постигайки предимства като прецизно позициониране, контролируема скорост и висока точност. Линейните винтови стъпкови двигатели се използват в широк спектър от приложения, включително производство, прецизно калибриране, прецизно измерване на флуиди, прецизно позициониране и много други области с високи изисквания за точност.
▲Висока прецизност, повторяема точност на позициониране до ±0,01 мм
Линейният стъпков двигател с винтова спирачка намалява проблема със закъснението при интерполация поради простия механизъм на предаване, точността на позициониране, повторяемостта и абсолютната точност. По-лесно се постига от "ротационен двигател + винт". Точността на повторно позициониране на обикновения винт на линейния стъпков двигател с винтова спирачка може да достигне ±0,05 мм, а точността на повторно позициониране на сферичния винт може да достигне ±0,01 мм.
▲ Висока скорост, до 300 м/мин
Скоростта на линейния стъпков двигател е 300 м/мин, а ускорението е 10 г, докато скоростта на сферично-винтовия двигател е 120 м/мин, а ускорението е 1,5 г. Скоростта на линейния стъпков двигател ще се подобри допълнително след успешно решаване на проблема с топлината, докато „въртящата се“ скорост на „серво двигателя и сферично-винтовия двигател“ е ограничена, но е трудно да се подобри още повече.
Дълъг живот и лесна поддръжка
Линейният стъпков двигател с винт е подходящ за висока прецизност, тъй като няма контакт между движещите се и неподвижните части поради монтажната хлабина и няма износване поради високоскоростното възвратно-постъпателно движение на движещите се елементи. Сферичният винт не може да гарантира точността при високоскоростно възвратно-постъпателно движение, а високоскоростното триене ще причини износване на гайката на винта, което ще повлияе на точността на движението и няма да отговори на изискванията за висока прецизност.
Избор на линеен двигател с външно задвижване
Когато създават продукти или решения, свързани с линейно движение, предлагаме на инженерите да се съсредоточат върху следните точки.
1. Какво е натоварването на системата?
Натоварването на системата включва статично и динамично натоварване и често размерът на натоварването определя основния размер на двигателя.
Статично натоварване: максималната тяга, която винтът може да издържи в покой.
Динамично натоварване: максималната тяга, която винтът може да издържи, когато е в движение.
2. Каква е линейната скорост на въртене на двигателя?
Скоростта на линейния двигател е тясно свързана с хода на винта, един оборот на винта е един ход на гайката. За ниска скорост е препоръчително да се избере винт с по-малък ход, а за висока скорост е препоръчително да се избере винт с по-голям ход.
3. Какво е изискването за точност на системата?
Точност на винта: точността на винта обикновено се измерва с линейната точност, т.е. грешката между действителния ход и теоретичния ход, след като винта се завърти за горчив сух кръг.
Точност на повторно позициониране: точността на повторно позициониране се определя като точността на системата, за да може да достигне зададената позиция многократно, което е важен показател за системата.
Хлабина: хлабина на винта и гайката в покой, когато двете аксиални относително се движат. С увеличаване на времето за работа, хлабината също ще се увеличи поради износване. Компенсация или коригиране на хлабината може да се постигне с гайка за елиминиране на хлабината. Когато е необходимо двупосочно позициониране, хлабината е проблем.
4. Други селекции
Следните въпроси също трябва да се вземат предвид в процеса на избор: Съответства ли монтажът на линейния стъпков двигател на механичния дизайн? Как ще свържете движещия се обект с гайката? Какъв е ефективният ход на винтовия прът? Какъв вид задвижване ще бъде съобразено?
Време на публикуване: 16 ноември 2022 г.