Лекция №18 Привода современных станочных комплексов

В машиностроении появилось много новейших типов приводов современных станочных комплексов, они обладают значительно большей мощностью и лучшими динамическими характеристиками

Системы прямого привода

Прямой привод - это электрическая машина с непосредственным преобразованием электромагнитной энергии в линейное или поворотное перемещение.

С инженерной точки зрения двигатель прямого привода представляет собой развернутую в декартовой или сферической системе координат электромагнитную систему, индуцирующую стоящее или бегущее пространственное магнитное поле. Управляя силами магнитного взаимодействия пространственного поля подвижного элемента системы с полем неподвижного элемента, можно реализовать перемещение подвижного элемента по траектории практически любой сложности в первой или второй системе координат.

Системы прямого привода подразделяются на линейные и поворотные двигатели (платформы), и специальные многокоординатные системы (наиболее известный вариант – двух координатный планарный мотор). Другие типы двигателей прямого привода имеют крайне ограниченное применение.

В классическом исполнении линейного двигателя якорь, питаемый от источника переменного тока, перемещается над статором, состоящим из стальной пластины и постоянных магнитов (т.н. магнитная дорога), вследствие взаимодействия переменного поля якоря со статическим полем статора.

Поворотные платформы (поворотные двигатели) представляют собой электромагнитную систему, в которой в зависимости от исполнения подвижной частью может быть как якорь, так и статор. В последнем случае якорь закрепляется неподвижно, а перемещение совершает подвижное статорное кольцо.

Частными случаями поворотного двигателя являются кольцевой и сегментный двигатели.

Сегментный синхронный двигатель состоит из нескольких сегментов статора с трёхфазной системой обмоток и ротора, с запрессованными редкоземельными постоянными магнитами. Равномерность вращения в сегментном двигателе достигается благодаря синусоидальной коммутации токов в фазах двигателя. Усилие на ротор передается непосредственно через воздушный зазор, что исключает износ движущихся частей. Главные достоинства сегментного двигателя - полый вал большого диаметра и низкая стоимость.

В машиностроении сегодня применяются преимущественно синхронные линейные и поворотные двигатели на редкоземельных магнитах*. По сравнению с асинхронными они обладают значительно большей мощностью и лучшими динамическими характеристиками. Основные достоинства систем прямого привода:

1. Максимально высокие показатели точности (до 0,00001 мм) и повторяемости,

2. Способность создавать больший момент (до 50 000 Нм) и, как следствие этого, возможность развития значительных ускорений, в том числе под нагрузкой,

3. Устойчивость всех основных электромагнитных и механических характеристик во время работы,

4. Компактность, легкость и надежность конструкции (в прямом приводе отсутствует трансмиссия и другие традиционные элементы - редукторы, механизмы передачи, муфты, подшипники, сальники, опорная рама и т.д.),

5. Вследствие отсутствия трущихся частей компоненты двигателя прямого привода не подвержены износу, а значит, заданная точность обеспечивается на протяжении всего срока службы оборудования,

6. Низкие уровни шума и вибрации,

7. Простота и удобство монтажа,

8. Двигатель прямого привода не нуждается в смазке и практически не требует технического обслуживания.

Поэтому можно заключить, что прямой привод является не только самым оптимальным преобразователем электрической энергии в механическое перемещение, но и самым надежным с технической точки зрения электродвигателем. По прогнозам экспертов, к 2010 году в мире более 40 процентов всех обрабатывающих станков будет оснащаться двигателями прямого привода.

* Редкоземельные магниты - это магниты, произведенные с добавлением элементов лантаноидной группы. Двумя элементами этой группы, наиболее часто используемыми при производстве постоянных магнитов, являются неодим (Nd) и самарий (Sm). Существует большое количество смесей и сплавов с использованием этих элементов, но наиболее часто используются сплавы неодим-железо-бор (Nd-Fe-B) и самарий-кобальт (SmCo). Применяются в микроэлектронике, СВЧ- и радиоэлектронике, электротехнике, электромашиностроении, в т.ч. в синхронных роторных и линейных двигателях.