Lineaire direct aangedreven (direct drive) motoren
Ga hier naar de productenpagina:
Op het moment dat traditionele lineaire aandrijvingen (tandriem of spindel welke worden aangedreven door een roterende motor) tegen hun grenzen aanlopen wat betreft speling, dynamiek, wrijving of onderhoudsinterval, komt de direct aangedreven lineaire motor in beeld. Deze motor is te vergelijken met een opengeknipte roterende inductiemotor, waarbij er direct een lineaire beweging wordt opgewekt zonder roterende delen. De werking is erop gebaseerd dat er twee magneetvelden zijn die een kracht op elkaar uitoefenen (aantrekken en afstoten) waardoor een beweegbaar deel in de gewenste richting gaat bewegen. Naast de magneten (het secundaire deel, Nd-Fe-B) en de spoelen (het primaire deel, ook wel forcer genoemd) zijn voor de opbouw van de complete motor lineaire lagering (luchtlagering of guides), feedback, eindstops en kabelrups benodigd. Het primaire deel is meestal het bewegende deel en het secundaire deel wordt meestal vast in de machine opgesteld. Ieder type motor heeft zijn eigen specifieke aanstuur elektronica.
Hoewel zowel borstel alsook borstelloos mogelijk is, komt in de praktijk vanwege onderhoudskosten en hogere storingsgevoeligheid van de koolborstel uitvoering, de borstelloze uitvoering het meest voor.
Er bestaan verschillende uitvoeringsprincipes, de bekendste zijn:
- ironcore
- ironless
- stappenmotor
- piëzo
- LIM (lineair inductie motor)
- lineaire motor
- moving coil
Algemene kenmerken van direct aangedreven lineaire motoren:
- Hoge dynamiek (>100m/s^2, >10m/s)
- Hoge precisie (µm bereik)
- Geen backlash (geen vertragingskast/spindel/tandriem)
- Directe koppeling met de belasting (geen askoppeling)
- Vloeiende beweging
- Robuust
- Compact door integratie in toepassing
- Minimale wrijving.
- Geen mechanische slijtage.
- Hoge betrouwbaarheid (minimale machine stilstand t.g.v. storing of onderhoud aan motor).
Ironcore lineair motor (ijzer anker motor)
De ironcore is geschikt voor grote krachten gecombineerd met dynamisch gedrag.
Het bewegende deel is onderhevig aan cogging. Er is een grote magnetische aantrekkingskracht tussen het bewegende deel en de magneten wat extra eisen stelt aan de geleiding (extra aandacht verdient luchtlagering; uitschakelen van de luchtlagering mag alleen als het bewegende deel stil staat).
Warmte kan door het ijzer in het bewegende deel worden afgevoerd, optioneel is waterkoeling mogelijk.
Ironless lineair motor (luchtspoelmotor)
De ironless onderscheidt zich door een zeer hoog dynamisch gedrag bij een geringere kracht dan de ironcore uitvoering.
Omdat het bewegende deel geen ijzer bevat (de spoelen zijn gevat in epoxy), is er geen cogging. Het resultaat is een extreem vloeiende beweging. Er is geen aantrekkingskracht op het bewegende deel omdat deze zich tussen twee magneten beweegt (U-vormig profiel). Door geringe massa bewegende deel, is warmteontwikkeling een belangrijk aandachtspunt.
Voor zowel Ironcore alsook Ironless geldt:
Vergelijkbaar aan roterende aandrijvingen wordt de lineaire motor aangestuurd door stroom door 3 spoelen te sturen die 120 graden elektrisch ten opzichte van elkaar verschoven zijn.
Voor de commutatie en positionering van de motor wordt meestal gebruik gemaakt van een absolute of incrementele lineaire encoder.
Per secundair deel met magneten kunnen meerdere bewegende primaire delen worden gebruikt. Uiteraard kunnen deze elkaar niet passeren.
Lineaire stappenmotor
De lineaire stappenmotor is een motor die door de ontwikkeling van de ironcore en ironless motoren steeds minder wordt toegepast. Met deze motoren is het evenals met roterende stappenmotoren mogelijk om zonder feedback te bewegen en te positioneren. De snelheden voor de lineaire stappenmotoren liggen met maximaal 2m/s lager dan de ironless en ironcore motoren. De acceleratie is begrensd op ongeveer 10m/s^2.
Lineaire motor
Er bestaan 3 vormen van lineaire motoren. Te weten vlakke plaat motoren (flat-bed), U-type motoren (U-channel) en buisvormige motoren (tubular servo of servotube). De flat-bed motoren leveren een hoge kracht maar hebben last van cogging. Daarenboven komt het feit dat de eenzijdig gerichte magnetische (aantrekkings)kracht tussen de slede en de magneetbaan de beweging tegenwerkt.
Deze kracht wordt bij de U-channel motor gecompenseerd. Echter doordat de spoelen hier zijn opgesloten in de U vorm en tussen de magneten gemonteerd zijn, is dit thermisch gezien wel een aandachtspunt en volgt meestal een over dimensionering.
De buisvormige motor elimineert al deze problemen. De magnetische krachten zijn met elkaar in evenwicht en de beweging is eenparig en zonder cogging. De spoelen in de forcer hebben een ingebouwd koellichaam en zijn zodanig gemonteerd dat er een optimale warmte dissipatie plaats vindt, en een maximaal gebruik van het magnetisch veld gemaakt kan worden. Aandachtspunt bij de servotube is de lineariteit van de buis.
De feedback bij de lineaire motoren (flat-bed en U-channel) zijn over het algemeen kostbaar, en de uitlijning is van groot belang voor de nauwkeurigheid van de positionering. Bij de servotube is de feedback uitgevoerd met hall sensoren die in de forcer zijn gemonteerd. De nauwkeurigheden zijn vergelijkbaar, maar de robuustheid van de servotube is uiteraard groter.
Performance vergelijk lineaire aandrijvingen
De servotube kan voor nauwkeurige aandrijvingen gebruikt worden. Een positioneer nauwkeurigheid van 100nm is haalbaar. Daarnaast zijn de servotubes zeer dynamisch. Snelheden >10m/s zijn mogelijk. Dit is vergelijkbaar met de U-channel en flat-bed ac servo motoren. Hierbij is de prijs van de servotube wel (substantieel) lager dan de bekende U-type en flat-bed lineaire motoren. Vanwege het lage prijsniveau kan de servotube ook vergeleken worden met de minder dynamische varianten van de lineaire aandrijving. Een indicatief overzicht is onderstaand weergegeven.
| Servo tube | U-Channel | Flat-bed | Kogelomloop | Tandriem | Pneumatiek | |
| ac-servo | ac-servo | ac-servo | electric drive | electric drive | actuator | |
| Maximale snelheid | ***** | ***** | ***** | ** | ***** | **** |
| Acceleratiegedrag | ***** | ***** | ***** | *** | **** | ***** |
| Aanlooptijd | ***** | ***** | ***** | *** | * | * |
| Kracht | *** | *** | *** | ***** | *** | ***** |
| Slaglengte | ** | ***** | ***** | *** | ***** | *** |
| Thermisch gedrag | ***** | ** | ***** | ***** | ***** | ***** |
| Installatiegemak | **** | * | * | *** | *** | ** |
| Onderhouds- vriendelijk | ***** | ** | ** | *** | *** | ** |
| Robuustheid | **** | * | * | * | ** | ***** |
| Laag geluidsniveau | ***** | ***** | ***** | ** | ** | * |
| Kostprijsniveau | *** | ***** | ***** | *** | **** | ** |
Servotube
Een servotube ac-servo systeem bestaat uit slechts 2 delen. Een buis en een actuator of forcer. Daardoor is de servotube eenvoudig en robuust. De roest vast stalen buis is over de gehele lengte gevuld met zeldzame aarde magneten. De forcer bevat een aantal spoelen die zijn geconfigureerd als een 3 fasen wikkeling. Als de spoelen worden aangesloten op een 3 fasen stroom, dan zal een magnetisch veld opgebouwd worden dat een interactie geeft met de magnetische buis, waardoor er een lineaire kracht worden opgewekt. De grootte van de luchtspleet heeft geen invloed op de performance van de servotube. Wel kan uiteraard vervuiling optreden als er geen afdichting wordt toegepast.
Er zijn 2 mogelijkheden van montage.
1. De buis wordt vastgezet en de last wordt op de forcer gemonteerd. De forcer beweegt en de last wordt ondersteund door een geleiding.
2. De forcer wordt vastgezet en de buis beweegt. De belasting wordt op de buis gemonteerd. De buis wordt ondersteund door normale lagering.
Doordat de servotube een geheel gesloten systeem is, is een beschermingsgraad van IP67 en IP69K haalbaar. Indien gewenst kan waterkoeling worden toegepast. De maximale kracht (stroom) kan dan 2 maal zo hoog zijn dan de standaard uitvoering. Een rem kan optioneel worden aangebouwd. In geval van spanningsuitval zal de positie gehandhaafd blijven. Door de compacte bouw van de servotube kunnen de assen aan elkaar worden gekoppeld wat een X-Y-Z beweging mogelijk maakt. Een combinatie van een roterende beweging met een lineaire beweging is mogelijk (doppen). Op de buis kunnen diverse (koppelings)mechanismes worden aangebracht en zelfs een holle buis (vullen) is mogelijk.
Piëzo
Het piëzo principe wordt toegepast in nauwkeurige lineaire bewegingen met een geringe belasting. Het piëzo-elektrisch effect is het verschijnsel dat kristallen van bepaalde materialen onder invloed van druk (bijvoorbeeld buiging) een elektrische spanning produceren en andersom: een bepaalde vervorming ten gevolge van de aangelegde elektrische spanning. Piëzo lineaire motoren zijn gebaseerd op deze eigenschap.
LIM
Bij de LIM bestaat het primaire deel uit spoelen en wordt het secundaire deel gevormd door een aluminium of koperen plaat die op een stalen ondergrond wordt gemonteerd.
Door een wisselend magnetisch veld op de spoelen aan te sluiten wordt een zich lineair verplaatsend magnetisch veld opgewekt, waardoor een stroom in de metalen plaat van het bewegende deel wordt opgewekt. Het hierdoor in de plaat opgewekte magneetveld zorgt voor een lineaire kracht die de lineaire beweging van de plaat in gang zet/houdt.
In tegenstelling ironcore, ironless, stappen en piëzo, is de LIM asynchroon. De snelheid van de plaat is dus niet recht-evenredig met de verplaatsingssnelheid van het magnetische veld (frequentie). Er is "slip", deze is onder andere afhankelijk van acceleratie, snelheid en belasting. Deze motor kan direct op de 3-fasen netspanning worden aangesloten. Door gebruik te maken van een frequentieregelaar kan de snelheid en de kracht van de LIM worden geregeld. Als positieterugkoppeling kan een puls-band (grove encoder) of bijvoorbeeld een laser-afstandssensor worden gebruikt.
Moving coil
De meest gebruikte moving coil motoren hebben een vast opgestelde wikkeling (cylindervormig) met daarin een bewegend deel van metaal.
Bij deze motor wordt op basis van de DC spanning een magnetisch veld opgewekt. Dit veld genereert een kracht op de bewegende metalen kern. De grootte van de stroom bepaalt de kracht. De kracht is constant zolang de kern zich volledig in het magnetische veld bevindt.
Alle theoriepagina's zijn gebundeld in een ‘Theorieboek'. Op verzoek kunnen wij u dit toesturen. Klik hier om het theorieboek aan te vragen.
