Atuador elétrico com motores lineares

A maioria dos motores elétricos são rotativos. Ao mesmo tempo, muitos corpos de trabalho de máquinas de produção devem, de acordo com a tecnologia de seu trabalho, realizar translação (por exemplo, transportadores, transportadores, etc.) ou recíproco (mecanismos para alimentação de máquinas de corte de metal, manipuladores, pistões e outras máquinas ).

A transformação do movimento rotativo em movimento translacional é realizada por meio de conexões cinemáticas especiais: porca roscada, engrenagem esférica, cremalheira, mecanismo de manivela e outros.

É natural que os construtores de máquinas de trabalho queiram usar motores cujo rotor se mova linearmente para acionar os corpos de trabalho que executam movimentos de avanço e de vaivém.

Atualmente, os acionamentos elétricos são desenvolvidos utilizando assíncronos lineares, válvulas e motores de passo… Em princípio, qualquer tipo de motor linear pode ser formado a partir de um motor rotativo movendo linearmente o estator cilíndrico em um plano.

Uma ideia da estrutura de um motor de indução linear pode ser obtida transformando o estator do motor de indução em um plano. Nesse caso, o vetor das forças de magnetização do estator se moverá linearmente ao longo do vão do estator, ou seja, neste caso, não é formado um campo giratório (como nos motores convencionais), mas um campo eletromagnético móvel do estator.

Como elemento secundário, pode ser utilizada uma faixa ferromagnética localizada com um pequeno entreferro ao longo do estator. Esta tira atua como um rotor de célula. O elemento secundário é transportado pelo campo do estator em movimento e se move linearmente a uma velocidade menor que a velocidade do campo do estator pela quantidade de escorregamento linear absoluto.

A velocidade linear do campo eletromagnético itinerante será

onde τ, m — passo entre pólos — a distância entre pólos adjacentes de um motor linear assíncrono.

Velocidade do elemento secundário

onde sL — deslizamento linear relativo.

Quando o motor é alimentado com tensão de frequência padrão, as velocidades de campo resultantes serão suficientemente altas (mais de 3 m/s), o que dificulta o uso desses motores para acionar mecanismos industriais. Esses motores são usados ​​​​para mecanismos de transporte de alta velocidade. Para obter menores velocidades de operação e controle de velocidade de um motor de indução linear, seus enrolamentos são alimentados por um conversor de frequência.

Arroz. 1. O projeto do motor uniaxial linear.

Várias opções são usadas para projetar um motor de indução linear. Um deles é mostrado na fig. 1.Aqui, o elemento secundário (2) - uma fita conectada ao corpo de trabalho, move-se ao longo das guias 1 sob a ação de um campo eletromagnético móvel criado pelo estator 3. No entanto, esse design é conveniente para montagem com uma máquina de trabalho, pois está associado a correntes de fuga significativas do campo do estator, como resultado do qual o cosφ do motor será baixo.

Figo. 2. Motor linear cilíndrico

Para aumentar a ligação electromagnética entre o estator e o elemento secundário, este último é colocado na ranhura entre os dois estatores, ou o motor é concebido como um cilindro (ver Fig. 2). Neste caso, o estator do motor é um tubo (1), dentro do qual existem enrolamentos cilíndricos (2) que são o enrolamento do estator. As arruelas ferromagnéticas 3 são colocadas entre as bobinas que fazem parte do circuito magnético. O elemento secundário é uma haste tubular, também feita de material ferromagnético.

Os motores de indução linear também podem ter um design invertido, onde o secundário é estacionário enquanto o estator se move. Esses motores são geralmente usados ​​em veículos. Nesse caso, um trilho ou uma fita especial é usado como elemento secundário e o estator é colocado em um carro móvel.

A desvantagem dos motores assíncronos lineares é o baixo rendimento e as perdas de energia associadas, principalmente no elemento secundário (perdas por escorregamento).

Recentemente, além de assíncronos, passaram a ser utilizados motores síncronos (válvulas)… O design de um motor linear deste tipo é semelhante ao mostrado na fig. 1. O estator do motor é transformado em plano e ímãs permanentes são colocados no secundário.Uma variante de design invertido é possível onde o estator é uma parte móvel e o elemento secundário de ímã permanente é estacionário. Os enrolamentos do estator são comutados dependendo da posição relativa dos ímãs. Para este propósito, um sensor de posição (4 — na Fig. 1) é fornecido no projeto.

Motores de passo lineares também são efetivamente usados ​​para acionamentos posicionais. Se o estator do motor de passo for implantado no plano e o elemento secundário for feito na forma de uma placa, na qual os dentes são formados por fresagem dos canais, com a comutação adequada dos enrolamentos do estator, o elemento secundário executará um movimento discreto, cujo passo pode ser muito pequeno - até frações de milímetro. Um design invertido é freqüentemente usado onde o secundário é estacionário.

A velocidade de um motor de passo linear é determinada pelo valor da separação dos dentes τ, o número de fases m e a frequência de comutação

A obtenção de altas velocidades de movimento não cria dificuldades, pois o aumento da divisão e frequência das marchas não é limitado por fatores tecnológicos. Existem restrições quanto ao valor mínimo de τ, pois a relação entre o passo e a folga entre o estator e o secundário deve ser de no mínimo 10.

O uso de um acionamento discreto permite não apenas simplificar o projeto de mecanismos que executam movimento unidimensional linear, mas também possibilita a obtenção de movimentos de dois ou vários eixos usando um único acionamento.Se dois sistemas de enrolamento forem colocados ortogonalmente no estator da parte móvel e forem feitas ranhuras no elemento secundário em duas direções perpendiculares, o elemento móvel executará um movimento discreto em duas coordenadas, ou seja, fornecer movimento em um plano.

Nesse caso, surge o problema de criar suporte para o elemento móvel. Para resolvê-lo, pode-se usar uma almofada de ar - a pressão do ar fornecido ao espaço sob os elementos móveis. Motores de passo lineares fornecem empuxo relativamente baixo e baixa eficiência. Suas principais áreas de aplicação são manipuladores de luz, máquinas de montagem de luz, máquinas de medição, máquinas de corte a laser e outros dispositivos.