Linearer Schrittmotor, auch bekannt alsLinearer SchrittmotorEin Linearmotor besteht aus einem magnetischen Rotorkern, der durch Wechselwirkung mit dem vom Stator erzeugten gepulsten elektromagnetischen Feld eine Rotation erzeugt. Im Inneren des Motors befindet sich ein Linearschrittmotor, der die Drehbewegung in eine Linearbewegung umwandelt. Linearschrittmotoren können direkt Linear- oder lineare Hin- und Herbewegungen ausführen. Wird ein Rotationsmotor als Antriebsquelle für die Umwandlung in eine Linearbewegung verwendet, sind Zahnräder, Nockenstrukturen und Mechanismen wie Riemen oder Drähte erforderlich. Linearschrittmotoren wurden erstmals 1968 vorgestellt. Die folgende Abbildung zeigt einige typische Linearschrittmotoren.
Grundprinzip extern angetriebener Linearmotoren
Der Rotor eines extern angesteuerten Linearschrittmotors ist ein Permanentmagnet. Wenn Strom durch die Statorwicklung fließt, erzeugt diese ein Vektormagnetfeld. Dieses Magnetfeld versetzt den Rotor in Rotation, sodass die Richtung der beiden Magnetfelder des Rotors mit der Richtung des Statormagnetfelds übereinstimmt. Dreht sich das Vektormagnetfeld des Stators um einen Winkel, dreht sich auch der Rotor um einen Winkel zu diesem Magnetfeld. Mit jedem elektrischen Impuls dreht sich der Rotor um einen Winkel und bewegt sich einen Schritt vorwärts. Die Winkelverschiebung ist proportional zur Anzahl der Impulse, die Drehzahl proportional zur Impulsfrequenz. Durch Ändern der Ansteuerungsreihenfolge der Wicklungen wird die Drehrichtung des Motors umgekehrt. Die Rotation des Schrittmotors lässt sich somit durch die Anzahl der Impulse, die Frequenz und die Ansteuerungsreihenfolge der Motorwicklungen jeder Phase steuern.
Der Motor nutzt eine Spindel als Ausgangsachse. Eine externe Antriebsmutter greift außerhalb des Motors in die Spindel ein und verhindert so ein Verdrehen der Spindelmutter relativ zueinander. Dadurch wird eine lineare Bewegung ermöglicht. Das Ergebnis ist eine stark vereinfachte Konstruktion, die den direkten Einsatz von Linearschrittmotoren für präzise lineare Bewegungen in vielen Anwendungen ohne externe mechanische Verbindung erlaubt.
Vorteile von extern angetriebenen Linearmotoren
Präzisions-Linearschrauben-Schrittmotoren können Zylinder ersetzen ineinige AnwendungenLineare Schrauben-Schrittmotoren bieten Vorteile wie präzise Positionierung, steuerbare Geschwindigkeit und hohe Genauigkeit. Sie werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Fertigung, Präzisionskalibrierung, präzise Fluidmessung, präzise Positionsbewegung und viele weitere Bereiche mit hohen Präzisionsanforderungen.
▲Hohe Präzision, wiederholgenaue Positioniergenauigkeit bis zu ±0,01 mm
Lineare Gewindespindelmotoren reduzieren dank ihres einfachen Übertragungsmechanismus das Problem der Interpolationsverzögerung und verbessern Positioniergenauigkeit, Wiederholgenauigkeit und absolute Präzision. Sie sind leichter zu realisieren als die Kombination aus Drehmotor und Spindel. Die Wiederholgenauigkeit der herkömmlichen Spindel eines linearen Gewindespindelmotors erreicht ±0,05 mm, die der Kugelgewindespindel ±0,01 mm.
▲ Hohe Geschwindigkeit, bis zu 300 m/min
Die Geschwindigkeit des Linearmotors beträgt 300 m/min und die Beschleunigung 10 g, während die Geschwindigkeit der Kugelumlaufspindel 120 m/min und die Beschleunigung 1,5 g beträgt. Die Geschwindigkeit des Linearmotors wird sich nach erfolgreicher Lösung des Wärmeproblems weiter verbessern lassen, während die Geschwindigkeit des Systems aus Servomotor und Kugelumlaufspindel begrenzt ist und sich kaum noch steigern lässt.
Lange Lebensdauer und einfacher Wartungsaufwand
Der Lineargewindetrieb eignet sich aufgrund des berührungslosen Betriebs zwischen beweglichen und festen Teilen dank des Montagespalts und des verschleißfreien Betriebs durch die schnelle Hin- und Herbewegung der Teile für hohe Präzisionsanforderungen. Kugelgewindetriebe hingegen können die Genauigkeit bei schnellen Hin- und Herbewegungen nicht gewährleisten, und die hohe Reibung führt zu Verschleiß an der Gewindemutter, was die Bewegungsgenauigkeit beeinträchtigt und die Anforderungen an hohe Präzision nicht erfüllt.
Auswahl eines externen Linearmotors
Bei der Entwicklung von Produkten oder Lösungen im Bereich der Linearbewegung empfehlen wir Ingenieuren, sich auf die folgenden Punkte zu konzentrieren.
1. Wie hoch ist die Systemlast?
Die Systemlast umfasst statische und dynamische Lasten, und oft bestimmt die Größe der Last die Grundgröße des Motors.
Statische Belastung: die maximale Schubkraft, der die Schraube im Ruhezustand standhalten kann.
Dynamische Belastung: die maximale Schubkraft, der die Schraube im Betrieb standhalten kann.
2. Wie hoch ist die lineare Laufgeschwindigkeit des Motors?
Die Laufgeschwindigkeit des Linearmotors hängt eng mit der Steigung der Spindel zusammen; eine Umdrehung der Spindel entspricht einer Steigung der Mutter. Für niedrige Drehzahlen empfiehlt sich eine Spindel mit kleiner Steigung, für hohe Drehzahlen hingegen eine Spindel mit größerer Steigung.
3. Welche Genauigkeitsanforderungen muss das System erfüllen?
Genauigkeit der Schraube: Die Genauigkeit der Schraube wird im Allgemeinen durch die lineare Genauigkeit gemessen, d. h. durch den Fehler zwischen dem tatsächlichen Verfahrweg und dem theoretischen Verfahrweg, nachdem sich die Schraube einmal komplett im Kreis gedreht hat.
Wiederholgenauigkeit bei der Positionierung: Die Wiederholgenauigkeit bei der Positionierung ist die Genauigkeit des Systems, die vorgegebene Position wiederholt zu erreichen. Sie ist ein wichtiger Indikator für das System.
Spiel: Das Spiel zwischen Schraube und Mutter im Ruhezustand, wenn sich die beiden Achsen relativ zueinander bewegen. Mit zunehmender Betriebsdauer erhöht sich das Spiel aufgrund von Verschleiß. Durch eine Spielausgleichsmutter kann das Spiel kompensiert oder korrigiert werden. Bei bidirektionaler Positionierung ist das Spiel ein wichtiger Faktor.
4. Weitere Auswahlmöglichkeiten
Folgende Punkte sind bei der Auswahl ebenfalls zu berücksichtigen: Entspricht die Montage des Linearmotors der mechanischen Konstruktion? Wie wird das bewegliche Objekt mit der Mutter verbunden? Wie groß ist der effektive Hub der Gewindestange? Welcher Antriebstyp wird verwendet?
Veröffentlichungsdatum: 16. November 2022