Линейные двигатели с железным сердечником известны своими высокими характеристиками постоянного и пикового усилия, хорошим терморегулированием и отличным соотношением усилия и габаритов. Но известно также, что они создают силы сцепления, которые приводят к пульсация силы, или изменение выходной силы. Но насколько серьезной проблемой является заклинивание линейных двигателей с железным сердечником и что делают производители для ее решения?

Усилие заклинивания является результатом магнитного притяжения между “зубцами”, или выступами, пакета железных пластин (первичной части, или усилителя) и постоянными магнитами магнитной дорожки (вторичной части). Произведение плотности магнитного потока и тока в катушках создает горизонтальную силу, которая перемещает первичную обмотку по дорожке.

Но по мере того, как первичный элемент перемещается по вторичному, отдельные зубья первичного элемента испытывают колеблющийся уровень магнитного притяжения к магнитам, что означает, что горизонтальная сила также колеблется. Таким образом, в некоторых положениях требуется очень небольшое усилие для перемещения первичной обмотки, а в других положениях требуется большее усилие для преодоления магнитного притяжения между первичной и вторичной обмотками. Это колебание величины усилия, необходимого для поддержания движения первичного элемента с постоянной скоростью, называется усилием зацепления.

Для приложений типа «точка-точка» можно допустить некоторое усилие зацепления или пульсацию усилия, поскольку основной задачей приложения является достижение заданного положения, а плавность перемещения не является критичной. Но для таких применений, как сканирование и метрология, где плавность движения имеет первостепенное значение, зазубривание должно быть сведено к минимуму.

Хотя единственный способ устранить зацепление заключается в устранении сил притяжения между первичной и вторичной обмотками — именно это и делает линейный двигатель без железа, заливая обмотки первичной обмотки в эпоксидную смолу. Производители разработали решения для значительного снижения усилий зацепления в линейных двигателях с железным сердечником, что делает их пригодными даже для применений, которые очень чувствительны к пульсация силы.

Первый способ уменьшить заклинивание в линейном двигателе с железным сердечником заключается в изменении резких переходов сил притяжения при перемещении первичной обмотки (пакета слоев) по вторичной обмотке (магнитной дорожке). Это делается путем изменения положения магнитов или слоев (хотя чаще встречается перекос магнитов) или с помощью магнитов специальной формы, таких как удлиненный восьмиугольник.

Оба метода создают наложение магнитных полей соседних магнитов. Таким образом, вместо резких переходов между магнитами (и, следовательно, магнитного притяжения) происходит более постепенное изменение магнитного притяжения по мере перемещения первичного элемента по магнитной дорожке. Хотя перекос и придание формы магнитам являются наиболее распространенными методами уменьшения усилий заклинивания, они также снижают способность двигателя генерировать крутящий момент и эффективность, поскольку выравнивание магнитных полей в этих конструкциях не является оптимальным.

Другой подход использует разрушающие помехи для устранения заклинивающих сил. В этом методе первичная обмотка содержит больше зубцов ламинирования, чем магнитов на вторичной обмотке (магнитная дорожка) – метод намотки, известный как дробная намотка. Этот дисбаланс между количеством зубьев в первичной обмотке и магнитами на вторичной обмотке позволяет свести на нет усилия заклинивания, вызванные внутренними зубьями.

Усилие сцепления, создаваемое внешний проблема зубов решается путем добавления треугольника к каждому концу пакета ламинирования, изменяя его форму с прямоугольника на параллелограмм. Эти треугольники на концах пакета для ламинирования смещаются на 180 градусов в магнитном цикле и создают силы сцепления, равные, но противоположные тем, которые создаются внешними зубцами пакета для ламинирования. Это, в сочетании с дробной намоткой, практически устраняет пульсации силы.

В дополнение к аппаратным решениям, которые сопряжены с дополнительными затратами и сложностью производства, в системе сервоуправления также можно устранить заклинивание. В частности, a прямая связь сигнал на текущую команду сгладит создаваемое двигателем усилие и пульсации крутящего момента. И имейте в виду, что пульсация крутящего момента также вызывает пульсацию скорости, поэтому широкополосный контур управления скоростью вместе с командами обратной связи они могут помочь сгладить скорость для приложений, которые очень чувствительны к колебаниям скорости.

Автор изображения: Nippon Pulse