Linearer Schrittmotor, auch bekannt alslinearer Schrittmotor, ist ein magnetischer Rotorkern, der durch Interaktion mit dem vom Stator erzeugten gepulsten elektromagnetischen Feld eine Rotation erzeugt, wobei der lineare Schrittmotor im Motor Drehbewegungen in lineare Bewegungen umwandelt. Lineare Schrittmotoren können lineare Bewegungen oder lineare Hin- und Herbewegungen direkt ausführen. Wird ein Rotationsmotor als Antriebsquelle zur Umwandlung in lineare Bewegung verwendet, sind Zahnräder, Nockenstrukturen und Mechanismen wie Riemen oder Drähte erforderlich. Lineare Schrittmotoren wurden erstmals 1968 eingeführt. Die folgende Abbildung zeigt einige typische lineare Schrittmotoren.
Grundprinzip fremdgetriebener Linearmotoren
Der Rotor eines extern angetriebenen linearen Schrittmotors ist ein Permanentmagnet. Wenn Strom durch die Statorwicklung fließt, erzeugt die Statorwicklung ein vektorielles Magnetfeld. Dieses Magnetfeld treibt den Rotor in einem bestimmten Winkel an, sodass die Richtung des Magnetfeldpaars des Rotors mit der Richtung des Magnetfelds des Stators übereinstimmt. Wenn sich das vektorielle Magnetfeld des Stators um einen Winkel dreht, dreht sich auch der Rotor in einem Winkel mit diesem Magnetfeld. Bei jedem eingegebenen elektrischen Impuls dreht sich der elektrische Rotor um einen Winkel und bewegt sich einen Schritt vorwärts. Er gibt eine Winkelverschiebung proportional zur Anzahl der eingegebenen Impulse und eine Geschwindigkeit proportional zur Impulsfrequenz aus. Durch Ändern der Reihenfolge der Wicklungserregung wird die Motorrichtung umgekehrt. Die Drehung des Schrittmotors kann also durch Steuern der Impulszahl, der Frequenz und der Reihenfolge der Erregung der Motorwicklungen jeder Phase gesteuert werden.
Der Motor verwendet eine Spindel als Ausgangsachse, und eine externe Antriebsmutter greift außerhalb des Motors in die Spindel ein. Dadurch wird verhindert, dass sich die Spindelmutter relativ zueinander dreht, wodurch eine lineare Bewegung erreicht wird. Das Ergebnis ist ein stark vereinfachtes Design, das den direkten Einsatz von linearen Schrittmotoren für präzise lineare Bewegungen in vielen Anwendungen ohne die Installation einer externen mechanischen Verbindung ermöglicht.
Vorteile extern angetriebener Linearmotoren
Präzisions-Linearschrauben-Schrittmotoren können Zylinder ersetzen ineinige Anwendungen, wodurch Vorteile wie präzise Positionierung, steuerbare Geschwindigkeit und hohe Genauigkeit erzielt werden. Lineare Schraubenschrittmotoren werden in einer Vielzahl von Anwendungen eingesetzt, darunter Fertigung, Präzisionskalibrierung, Präzisionsflüssigkeitsmessung, präzise Positionsbewegung und viele andere Bereiche mit hohen Präzisionsanforderungen.
▲Hohe Präzision, wiederholbare Positioniergenauigkeit bis zu ±0,01 mm
Der lineare Schraubenschrittmotor reduziert das Problem der Interpolationsverzögerung aufgrund des einfachen Übertragungsmechanismus, der Positionierungsgenauigkeit, der Wiederholbarkeit und der absoluten Genauigkeit. Dies ist einfacher zu erreichen als der "Rotationsmotor + Schraube". Die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit der gewöhnlichen Schraube des linearen Schraubenschrittmotors kann ± 0,05 mm erreichen, und die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit der Kugelumlaufspindel kann ± 0,01 mm erreichen.
▲ Hohe Geschwindigkeit, bis zu 300 m/min
Die Geschwindigkeit des linearen Schrittmotors mit Schraube beträgt 300 m/min und die Beschleunigung 10 g, während die Geschwindigkeit der Kugelumlaufspindel 120 m/min und die Beschleunigung 1,5 g beträgt. Und die Geschwindigkeit des linearen Schrittmotors mit Schraube wird nach erfolgreicher Lösung des Wärmeproblems weiter verbessert, während die Geschwindigkeit des „Drehmotors“ mit Kugelumlaufspindel in der Geschwindigkeit begrenzt ist, aber es ist schwierig, eine weitere Verbesserung herbeizuführen.
Hohe Lebensdauer und einfache Wartung
Der lineare Schraubenschrittmotor ist für hohe Präzision geeignet, da aufgrund des Montagespalts kein Kontakt zwischen den beweglichen und festen Teilen besteht und durch die schnelle Hin- und Herbewegung der Beweger kein Verschleiß entsteht. Die Kugelumlaufspindel kann die Genauigkeit bei der schnellen Hin- und Herbewegung nicht garantieren, und die Reibung bei hoher Geschwindigkeit führt zum Verschleiß der Schraubenmutter, was die Genauigkeit der Bewegung beeinträchtigt und die Anforderungen an hohe Präzision nicht erfüllt.
Auswahl des externen Antriebslinearmotors
Bei der Herstellung von Produkten oder Lösungen im Zusammenhang mit linearer Bewegung empfehlen wir Ingenieuren, sich auf die folgenden Punkte zu konzentrieren.
1. Wie hoch ist die Belastung des Systems?
Die Belastung des Systems umfasst die statische und die dynamische Belastung, und häufig bestimmt die Größe der Belastung die Grundgröße des Motors.
Statische Belastung: der maximale Schub, dem die Schraube im Ruhezustand standhalten kann.
Dynamische Belastung: der maximale Schub, dem die Schraube während der Bewegung 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 Geschwindigkeiten empfiehlt sich eine Spindel mit geringerer Steigung, für hohe Geschwindigkeiten eine größere Spindel.
3. Welche Genauigkeitsanforderungen gelten für das System?
Schraubengenauigkeit: Die Genauigkeit der Schraube wird im Allgemeinen anhand der linearen Genauigkeit gemessen, d. h. des Fehlers zwischen dem tatsächlichen Hub und dem theoretischen Hub, nachdem sich die Schraube für einen bitteren Trockenkreis gedreht hat.
Wiederholungspositionierungsgenauigkeit: Die Wiederholungspositionierungsgenauigkeit wird als die Genauigkeit des Systems definiert, die angegebene Position wiederholt erreichen zu können, was ein wichtiger Indikator für das System ist.
Spiel: Spiel von Schraube und Mutter im Ruhezustand, wenn die beiden axialen Relativbewegungen stattfinden. Mit zunehmender Betriebsdauer erhöht sich das Spiel durch Verschleiß. Eine Kompensation oder Korrektur des Spiels kann durch eine Spielausgleichsmutter erreicht werden. Bei der bidirektionalen Positionierung ist Spiel ein Problem.
4. Andere Auswahlmöglichkeiten
Folgende Punkte müssen bei der Auswahl ebenfalls berücksichtigt werden: Entspricht die Montage des Linearschrittmotors der mechanischen Konstruktion? Wie wird das bewegliche Objekt mit der Mutter verbunden? Wie groß ist der Nutzhub der Gewindestange? Welcher Antrieb wird verwendet?
Veröffentlichungszeit: 16. November 2022