新しいリニアモーター設計が速度と位置決めをどのように改善するか

2022 年 7 月 26 日

09:28

リニア モーターは、さまざまなモーション コントロール タスクにおいて最大の精度とダイナミックなパフォーマンスを可能にします。 これらには、高速移動だけでなく、マシンヘッド、スピンドル スライド、工具管理システム、部品ハンドリング デバイスなどの低速の一定速度移動も含まれます。

さまざまな機械部品をシンプルで効率的なリニアモーターに置き換えると、コスト削減が実現します。 これらのモーターはトータルな駆動システムを提供し、信頼性、精度、高い動的安定性、メンテナンスの軽減、生産時間の向上を実現します。

よく知られている回転電気モーターには、ステーターと呼ばれる円形の電磁石が含まれています。 リニアモーターでは、電磁石は同じ方法で構築されていますが、広げられたかのように平らなだけです。 ローターも同じ方法で、展開された状態または平らに構築されています。 一次側の電磁石が通電されると、二次側セクションが引き寄せられ、モーターが押し込まれます。 より多くの電流を流すと磁場が強くなり、モーターが生成する力も大きくなります。

お気に入りの遊園地にある木製のジェット コースターを想像してください。 列車をその「大きな下り坂」の最初の丘に登らせるために、私たちは丘のふもとまで転がり、電気モーター、ギアボックス、スプロケットによって駆動されるチェーンドライブがカタカタと音を立てて列車を丘の頂上まで動かします。 ここで、リニア モーターを備えた現代のジェット コースターに乗るところを想像してください。 駅を出るとき、突然の加速を感じませんか? 列車を推進させて最初の丘を越え、最初の恐ろしいループを通過させるのに十分な力を発生させることができます。 力のブースター「ショット」は、古い設計ではかつて不可能だったループを通過したり方向転換したりする際に、列車の速度を維持するためにさまざまなポイントで使用できます。 最後に、駅でのブレーキ動作は…ご想像のとおり、リニア モーターによるものです。 木製のジェットコースターを止めたのは何ですか? 駅で大きなレバーを引いていた男性を覚えていますか?

リニアモーターはシンプルです。 電磁石を含む一次コンポーネントと、永久磁石または磁石を含まない二次コンポーネントの 2 つの主要コンポーネントが可動部材を駆動します。 サーボモーター、レゾルバー、タコメーター、カップリング、プーリー、タイミングベルト、ボールネジとナット、サポートベアリング、潤滑システム、冷却システムはなくなりました。 熱安定化のための冷却システムを備えた中空ボールねじを使用するシステムも廃止されました。 高価なトルクモーターやギアボックスを使用したラックアンドピニオンシステムは廃止されました。 また、関連するパワーユニットを備えた高トルク油圧モーターを必要とするチェーンドライブシステムも廃止されました。 それでは、高価なコンポーネントを排除する以外に何が得られるのでしょうか?

機械用途におけるリニアモーターの主な利点は次のとおりです。

最近の 1FN6 リニア モータの導入により、シーメンスは現在、Sinumerik または Simotion 制御システムとのシームレスな統合を実現する、Sinomics ドライブを使用する 3 つのモデルのリニア モータを提供しています。 位置および速度フィードバック用のリニア スケールは、アプリケーションに合わせてさまざまなサードパーティ サプライヤーから入手できます。 シーメンスが提供する新しいリニア モーター モデルは次のとおりです。

1FN3 ピーク負荷モーター: S3デューティに匹敵する短時間、高加減速度、速度レート。 水平軸または補正された垂直軸に使用できます。 公称力 (Fn) 8,100 N。最大力 (Fmax) 20,700 N。液体冷却による最大速度 253 m/min。

1FN3 連続負荷モーター:水平軸、傾斜軸、または補償された垂直軸の電源投入時間が長い。 S1デューティと同等。 公称力 (Fn) 10,375 N。最大力 (Fmax) 17,610 N。最大速度。 129m/分液体冷却付き。

1FN6 マグネットフリーセカンダリ:高い加速度および速度での長いトラバース距離に最適です。 磁石を使用しない二次冷却および空気対流冷却設計。 水平軸、傾斜軸、または補正された垂直軸に使用できます。 公称力 (Fn) 2,110 N。最大力 (Fmax) 8,080 N。最大速度 532 m/min。 空気対流冷却付き。

注記：1FN3 ピークおよび連続負荷モーターは空気対流冷却で動作できますが、定格を 50% 下げる必要があります。

1 つのリニア モーター固定トラック (磁石付きまたは磁石なし) は、マスター/スレーブ構成で同じスライドを移動するか、別々のスライドを異なる速度および異なる方向に独立して移動する複数の主セクションをサポートできます。 これにより、設計者は複数のスライド マシン上の駆動システムを統合して、コスト効率と生産性を向上させることができます。 たとえば、リニアモーターによって駆動されるガントリー上の 2 つのヘッドを備えたレーザー、ウォータージェット、またはルーター機械は、対称または鏡像の 2 つの部品を同時に切断できるため、原材料を大幅に節約できます。

大きくて重いガントリー スタイルのスライドを移動する場合、移動するガントリーの両側で複数の主要セクションを使用して、スライドを最適な生産速度まで加速および減速するのに必要な力を提供できます。 追加の力が必要な場合は、複数の二次トラックを並べて取り付けることができます。

ケーブルの長さや移動が問題となる可動スライドでは、1 つまたは複数の主セクションを固定ベースに固定し、副セクションを可動部材に取り付けることができます。 これにより、可動スライドの負荷が軽減され、従来の機械式駆動システムでは不可能だった高い振動速度を含むサイクルが可能になります。 また、ケーブルの長さを短くし、屈曲を少なくすることもできます。

リニアモーターは、制御技術の飛躍的な進歩を遂げた現代の機械設計の進歩には組み込まれていません。 むしろ、現代の機械のほとんどは、おじいさんの時代に設計されたスライド推進を今でも使用しています。 当社は、DC サーボ モーターとボールネジで駆動されるテープ駆動の NC マシンから、機械上でボタンを押すだけで CAD ファイルを取得してマシン プログラムを作成できる高度な CNC 制御に移行しました。 この最新の機械でスライドを駆動するために、ボールネジを駆動する AC サーボ モーターが使用されるようになりました。 そしておそらく、ボックスウェイからトラックと鉄道までスライドも更新しましたが、これらのスライドをどのように操作するのでしょうか? サーボモーターとボールネジ。 リニア モーターは実績があり、入手可能で経済的です。 リニアモーターの生産量が増えると、さらに経済的になります。 つまり、これらの機械の機械システムが制御技術に追いつく時期が来ているのです。 リニアモーターはそのプロセスの一部となるべきです。

2022 年 7 月 26 日

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