Ηλεκτρικός ενεργοποιητής με γραμμικούς κινητήρες

Η πλειοψηφία των ηλεκτροκινητήρων είναι περιστροφικοί. Ταυτόχρονα, πολλά σώματα εργασίας μηχανών παραγωγής πρέπει, σύμφωνα με την τεχνολογία της εργασίας τους, να εκτελούν μεταφορικές (π.χ. μεταφορείς, μεταφορείς κ.λπ.) ή παλινδρομικές (μηχανισμοί τροφοδοσίας μηχανών κοπής μετάλλων, χειριστών, εμβόλων και άλλων μηχανών ).

Η μετατροπή της περιστροφικής κίνησης σε μεταφορική κίνηση πραγματοποιείται μέσω ειδικών κινηματικών συνδέσεων: βιδωτό παξιμάδι, σφαιρικό βιδωτό γρανάζι, ράφι γραναζιών, μηχανισμός στροφάλου και άλλα.

Είναι φυσικό για τους κατασκευαστές μηχανών εργασίας να θέλουν να χρησιμοποιούν κινητήρες των οποίων ο ρότορας κινείται γραμμικά για να οδηγεί τα σώματα εργασίας εκτελώντας προς τα εμπρός και παλινδρομικές κινήσεις.

Επί του παρόντος, οι ηλεκτρικοί κινητήρες αναπτύσσονται με χρήση γραμμικών ασύγχρονων, βαλβίδων και βηματικούς κινητήρες… Κατ' αρχήν, οποιοσδήποτε τύπος γραμμικού κινητήρα μπορεί να δημιουργηθεί από έναν περιστροφικό κινητήρα με γραμμική κίνηση του κυλινδρικού στάτορα σε ένα επίπεδο.

Μια ιδέα για τη δομή ενός γραμμικού επαγωγικού κινητήρα μπορεί να ληφθεί μετατρέποντας τον στάτορα του κινητήρα επαγωγής σε επίπεδο. Σε αυτή την περίπτωση, το διάνυσμα των δυνάμεων μαγνήτισης του στάτορα θα κινηθεί γραμμικά κατά μήκος του ανοίγματος του στάτορα, δηλ. Σε αυτή την περίπτωση, δεν σχηματίζεται ένα περιστρεφόμενο (όπως στους συμβατικούς κινητήρες), αλλά ένα κινούμενο ηλεκτρομαγνητικό πεδίο του στάτορα.

Ως δευτερεύον στοιχείο, μπορεί να χρησιμοποιηθεί μια σιδηρομαγνητική λωρίδα που βρίσκεται με ένα μικρό διάκενο αέρα κατά μήκος του στάτορα. Αυτή η λωρίδα λειτουργεί ως ρότορας κυψέλης. Το δευτερεύον στοιχείο μεταφέρεται από το κινούμενο πεδίο στάτορα και κινείται γραμμικά με ταχύτητα μικρότερη από την ταχύτητα του πεδίου στάτορα κατά την ποσότητα της γραμμικής απόλυτης ολίσθησης.

Η γραμμική ταχύτητα του κινούμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου θα είναι

όπου τ, m — βήμα πόλου — η απόσταση μεταξύ γειτονικών πόλων ενός γραμμικού ασύγχρονου κινητήρα.

Ταχύτητα δευτερεύοντος στοιχείου

όπου sL — σχετική γραμμική ολίσθηση.

Όταν ο κινητήρας τροφοδοτείται με τυπική τάση συχνότητας, οι προκύπτουσες ταχύτητες πεδίου θα είναι αρκετά υψηλές (πάνω από 3 m / s), γεγονός που καθιστά δύσκολη τη χρήση αυτών των κινητήρων για την κίνηση βιομηχανικών μηχανισμών. Τέτοιοι κινητήρες χρησιμοποιούνται για μηχανισμούς μεταφοράς υψηλής ταχύτητας. Προκειμένου να επιτευχθούν χαμηλότερες ταχύτητες λειτουργίας και έλεγχος ταχύτητας ενός γραμμικού επαγωγικού κινητήρα, οι περιελίξεις του τροφοδοτούνται από έναν μετατροπέα συχνότητας.

Ρύζι. 1. Η σχεδίαση του γραμμικού μονοαξονικού κινητήρα.

Για το σχεδιασμό ενός γραμμικού επαγωγικού κινητήρα χρησιμοποιούνται διάφορες επιλογές. Ένα από αυτά φαίνεται στο σχ. 1.Εδώ, το δευτερεύον στοιχείο (2) — μια ταινία συνδεδεμένη με το σώμα εργασίας, κινείται κατά μήκος των οδηγών 1 υπό τη δράση ενός κινούμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου που δημιουργείται από τον στάτορα 3. Ωστόσο, αυτός ο σχεδιασμός είναι βολικός για συναρμολόγηση με μια μηχανή εργασίας. συνδέεται με σημαντικά ρεύματα διαρροής του πεδίου του στάτη, με αποτέλεσμα το cosφ του κινητήρα να είναι χαμηλό.

Σύκο. 2. Κυλινδρικός γραμμικός κινητήρας

Για να αυξηθεί η ηλεκτρομαγνητική σύνδεση μεταξύ του στάτορα και του δευτερεύοντος στοιχείου, το τελευταίο τοποθετείται στη σχισμή μεταξύ των δύο στάτη ή ο κινητήρας έχει σχεδιαστεί ως κύλινδρος (βλ. Εικ. 2). Στην περίπτωση αυτή, ο στάτορας κινητήρα είναι ένας σωλήνας (1), στο εσωτερικό του οποίου υπάρχουν κυλινδρικές περιελίξεις (2) που είναι η περιέλιξη του στάτη. Οι σιδηρομαγνητικές ροδέλες 3 τοποθετούνται μεταξύ των πηνίων που αποτελούν μέρος του μαγνητικού κυκλώματος. Το δευτερεύον στοιχείο είναι μια σωληνοειδής ράβδος, η οποία είναι επίσης κατασκευασμένη από σιδηρομαγνητικό υλικό.

Οι γραμμικοί κινητήρες επαγωγής μπορούν επίσης να έχουν ανεστραμμένο σχεδιασμό όπου το δευτερεύον είναι ακίνητο ενώ ο στάτορας κινείται. Αυτοί οι κινητήρες χρησιμοποιούνται γενικά σε οχήματα. Σε αυτή την περίπτωση, μια ράγα ή μια ειδική ταινία χρησιμοποιείται ως δευτερεύον στοιχείο και ο στάτορας τοποθετείται σε ένα κινητό βαγόνι.

Το μειονέκτημα των γραμμικών ασύγχρονων κινητήρων είναι η χαμηλή απόδοση και οι σχετικές απώλειες ενέργειας, κυρίως στο δευτερεύον στοιχείο (απώλειες ολίσθησης).

Πρόσφατα, εκτός από ασύγχρονα, άρχισαν να χρησιμοποιούνται σύγχρονοι (βαλβίδες) κινητήρες… Ο σχεδιασμός ενός γραμμικού κινητήρα αυτού του τύπου είναι παρόμοιος με αυτόν που φαίνεται στο σχ. 1. Ο στάτορας του κινητήρα μετατρέπεται σε επίπεδο και στο δευτερεύον τοποθετούνται μόνιμοι μαγνήτες.Μια παραλλαγή ανεστραμμένου σχεδιασμού είναι δυνατή όταν ο στάτορας είναι ένα κινητό μέρος και το δευτερεύον στοιχείο μόνιμου μαγνήτη είναι ακίνητο. Οι περιελίξεις του στάτη αλλάζουν ανάλογα με τη σχετική θέση των μαγνητών. Για το σκοπό αυτό, παρέχεται στο σχέδιο ένας αισθητήρας θέσης (4 — στο Σχ. 1).

Οι γραμμικοί βηματικοί κινητήρες χρησιμοποιούνται επίσης αποτελεσματικά για θέσεις μετάδοσης κίνησης. Εάν ο στάτορας του βηματικού κινητήρα έχει αναπτυχθεί στο επίπεδο και το δευτερεύον στοιχείο είναι κατασκευασμένο με τη μορφή πλάκας, στην οποία σχηματίζονται δόντια με φρεζάρισμα των καναλιών, τότε με κατάλληλη εναλλαγή των περιελίξεων του στάτορα, το δευτερεύον στοιχείο θα λειτουργήσει μια διακριτή κίνηση, το βήμα της οποίας μπορεί να είναι πολύ μικρό — σε κλάσματα του χιλιοστού. Ένας ανεστραμμένος σχεδιασμός χρησιμοποιείται συχνά όπου το δευτερεύον είναι ακίνητο.

Η ταχύτητα ενός γραμμικού βηματικού κινητήρα καθορίζεται από την τιμή του διαχωρισμού των δοντιών τ, τον αριθμό των φάσεων m και τη συχνότητα μεταγωγής

Η απόκτηση υψηλών ταχυτήτων κίνησης δεν δημιουργεί δυσκολίες, καθώς η αύξηση της διαίρεσης και της συχνότητας των γραναζιών δεν περιορίζεται από τεχνολογικούς παράγοντες. Υπάρχουν περιορισμοί στην ελάχιστη τιμή του τ, αφού ο λόγος του βήματος προς το διάκενο μεταξύ του στάτη και του δευτερεύοντος πρέπει να είναι τουλάχιστον 10.

Η χρήση μιας διακριτής μετάδοσης κίνησης επιτρέπει όχι μόνο την απλοποίηση του σχεδιασμού μηχανισμών που εκτελούν γραμμική μονοδιάστατη κίνηση, αλλά καθιστά επίσης δυνατή τη λήψη κινήσεων δύο ή πολλαπλών αξόνων χρησιμοποιώντας μία μόνο κίνηση.Εάν δύο συστήματα περιελίξεων τοποθετηθούν ορθογώνια στον στάτορα του κινητού τμήματος και δημιουργηθούν αυλακώσεις στο δευτερεύον στοιχείο σε δύο κάθετες κατευθύνσεις, τότε το κινητό στοιχείο θα εκτελεί διακριτή κίνηση σε δύο συντεταγμένες, δηλ. παρέχουν κίνηση σε ένα αεροπλάνο.

Σε αυτή την περίπτωση, προκύπτει το πρόβλημα της δημιουργίας στήριξης για το κινητό στοιχείο. Για την επίλυσή του, μπορεί να χρησιμοποιηθεί ένα μαξιλάρι αέρα - η πίεση του αέρα που παρέχεται στον χώρο κάτω από τα κινούμενα στοιχεία. Οι γραμμικοί βηματικοί κινητήρες παρέχουν σχετικά χαμηλή ώθηση και χαμηλή απόδοση. Οι κύριοι τομείς εφαρμογής τους είναι οι χειριστές φωτός, οι μηχανές συναρμολόγησης φωτός, οι μηχανές μέτρησης, οι μηχανές κοπής με λέιζερ και άλλες συσκευές.