Actuador eléctrico con motores lineales

La mayoría de los motores eléctricos son rotativos. Al mismo tiempo, muchos cuerpos de trabajo de las máquinas de producción deben, según la tecnología de su trabajo, realizar traslaciones (por ejemplo, transportadores, transportadores, etc.) o alternativos (mecanismos para alimentar máquinas de corte de metales, manipuladores, pistones y otras máquinas). ).

La transformación del movimiento giratorio en movimiento de traslación se realiza mediante conexiones cinemáticas especiales: tuerca roscada, tornillo esférico, cremallera, mecanismo de manivela y otros.

Es natural que los constructores de máquinas de trabajo deseen utilizar motores cuyo rotor se mueva linealmente para impulsar los cuerpos de trabajo que realizan un movimiento hacia adelante y alternativo.

Actualmente, los accionamientos eléctricos se desarrollan utilizando motores asíncronos lineales, válvulas y motores paso a paso… En principio, cualquier tipo de motor lineal puede formarse a partir de un motor rotativo moviendo linealmente el estator cilíndrico en un plano.

Se puede obtener una idea de la estructura de un motor de inducción lineal convirtiendo el estator del motor de inducción en un plano. En este caso, el vector de fuerzas de magnetización del estator se moverá linealmente a lo largo del tramo del estator, es decir en este caso, no se forma un campo electromagnético giratorio (como en los motores convencionales), sino uno móvil del estator.

Como elemento secundario se puede utilizar una tira ferromagnética ubicada con un pequeño entrehierro a lo largo del estator. Esta tira actúa como un rotor celular. El elemento secundario es transportado por el campo del estator en movimiento y se mueve linealmente a una velocidad menor que la velocidad del campo del estator por la cantidad de deslizamiento absoluto lineal.

La velocidad lineal del campo electromagnético viajero será

donde τ, m — paso polar — la distancia entre polos adyacentes de un motor asíncrono lineal.

Velocidad del elemento secundario

donde sL — deslizamiento lineal relativo.

Cuando el motor se alimenta con voltaje de frecuencia estándar, las velocidades de campo resultantes serán suficientemente altas (más de 3 m/s), lo que dificulta el uso de estos motores para accionar mecanismos industriales. Dichos motores se utilizan para mecanismos de transporte de alta velocidad. Para obtener velocidades de funcionamiento más bajas y control de velocidad de un motor de inducción lineal, sus devanados son alimentados por un convertidor de frecuencia.

Arroz. 1. El diseño del motor uniaxial lineal.

Se utilizan varias opciones para diseñar un motor de inducción lineal. Uno de ellos se muestra en la fig. 1.Aquí, el elemento secundario (2), una cinta conectada al cuerpo de trabajo, se mueve a lo largo de las guías 1 bajo la acción de un campo electromagnético que viaja creado por el estator 3. Sin embargo, este diseño es conveniente para ensamblar con una máquina de trabajo, está asociado con corrientes de fuga significativas del campo del estator, como resultado de lo cual el cosφ del motor será bajo.

Higo. 2. Motor lineal cilíndrico

Para aumentar la conexión electromagnética entre el estator y el elemento secundario, este último se coloca en la ranura entre los dos estatores, o el motor se diseña como un cilindro (ver Fig. 2), en este caso, el estator del motor es un tubo (1), en cuyo interior se encuentran los devanados cilíndricos (2) que son el devanado del estator. Las arandelas ferromagnéticas 3 se colocan entre las bobinas que forman parte del circuito magnético. El elemento secundario es una varilla tubular, que también está hecha de un material ferromagnético.

Los motores de inducción lineal también pueden tener un diseño invertido donde el secundario está estacionario mientras el estator se mueve. Estos motores se utilizan generalmente en vehículos. En este caso, se utiliza un riel o una cinta especial como elemento secundario y el estator se coloca sobre un carro móvil.

La desventaja de los motores asíncronos lineales es la baja eficiencia y las pérdidas de energía asociadas, principalmente en el elemento secundario (pérdidas por deslizamiento).

Recientemente, además de asincrónicos, comenzaron a usarse motores síncronos (válvulas)… El diseño de un motor lineal de este tipo es similar al que se muestra en la fig. 1. El estator del motor se convierte en un plano y se colocan imanes permanentes en el secundario.Es posible una variante de diseño invertido donde el estator es una parte móvil y el elemento secundario de imán permanente es estacionario. Los devanados del estator se conmutan según la posición relativa de los imanes. Para este propósito, se proporciona un sensor de posición (4 - en la Fig. 1) en el diseño.

Los motores paso a paso lineales también se utilizan eficazmente para accionamientos posicionales. Si el estator del motor paso a paso se despliega en el plano, y el elemento secundario se hace en forma de placa, en la que se forman los dientes al fresar los canales, entonces, con la conmutación adecuada de los devanados del estator, el elemento secundario funcionará un movimiento discreto, cuyo paso puede ser muy pequeño, a fracciones de milímetro. A menudo se usa un diseño invertido donde el secundario es estacionario.

La velocidad de un motor paso a paso lineal está determinada por el valor de la separación de dientes τ, el número de fases m y la frecuencia de conmutación

Obtener altas velocidades de movimiento no crea dificultades, ya que el aumento en la división y frecuencia de los engranajes no está limitado por factores tecnológicos. Existen restricciones sobre el valor mínimo de τ, ya que la relación entre el paso y el espacio entre el estator y el secundario debe ser al menos 10.

El uso de un accionamiento discreto permite no solo simplificar el diseño de mecanismos que realizan un movimiento unidimensional lineal, sino que también hace posible obtener movimientos de dos o varios ejes utilizando un solo accionamiento.Si se colocan dos sistemas de bobinado ortogonalmente en el estator de la parte móvil y se hacen ranuras en el elemento secundario en dos direcciones perpendiculares, entonces el elemento móvil realizará un movimiento discreto en dos coordenadas, es decir proporcionar movimiento en un plano.

En este caso, surge el problema de crear soporte para el elemento móvil. Para resolverlo, se puede usar un colchón de aire: la presión del aire suministrado al espacio debajo de los elementos móviles. Los motores paso a paso lineales proporcionan un empuje relativamente bajo y una eficiencia baja. Sus principales áreas de aplicación son los manipuladores de luz, las máquinas de montaje de luz, las máquinas de medición, las máquinas de corte por láser y otros dispositivos.