Jakie są typy silników liniowych?

Co wyróżnia silniki liniowe?

Najważniejsze podzespoły silnika liniowego to elektrycznie wzbudzany siłownik i stojan ze stałymi magnesami. Ten drugi jest rozcięty i rozłożony do postaci liniowej, dzięki czemu tworzy ścieżkę magnetyczną, natomiast pierwszy, będący odpowiednikiem wirnika, porusza się wzdłuż stojana, wytwarzając przy tym siłę. Dzięki temu, że nie są potrzebne żadne dodatkowe elementy, które zamieniałyby ruch obrotowy na ruch liniowy i siłownik w zasadzie nie styka się ze stojanem, a dodatkowo jest bezpośrednio sprzężony z obciążeniem, ważną zaletą tytułowych silników jest brak tarcia. Z tego wynika ich dłuższa żywotność i brak konieczności smarowania. To pozwala ograniczyć do minimum koszty konserwacji, a nawet zapewnia bezkosztową eksploatację. Poza tym silniki liniowe wyróżnia dokładność, powtarzalność pozycjonowania, szybkość.

Adam Piękoś

Bosch Rexroth

W jakich maszynach i aplikacjach stosowane są napędy liniowe?

Na rynku polskim napędy liniowe spotkać można przede wszystkim przy aplikacjach związanych z automatycznym montażem. Właśnie w tych sytuacjach wykorzystywane są główne zalety wspomnianych napędów, takie jak: wysoka precyzja przy zachowaniu dużej dynamiki, prostota sterowania czy łatwość konfiguracji i integracji z innymi systemami. Zauważyć można również przechodzenie z napędów pneumatycznych i hydraulicznych na wersje oparte o technikę liniową z uwagi na wady tych napędów: niską sprawność, generowanie hałasu, skomplikowane sterowanie. W ostatnich latach duże zainteresowanie na wspomniane komponenty pojawiło się w zakresie drukarek 3D i serwopras.

Jakie są nowości i kierunku rozwoju w omawianym zakresie?

Napędy liniowe są po okresie głębokiej integracji z napędami elektrycznymi. Kolejne etapy ewolucji związane są przede wszystkim z kwestiami programowymi. Dzisiejszy rozwój podąża w trzech kierunkach:

Rozwoju informatycznych narzędzi do projektowania, które mają w prosty i szybki sposób umożliwić konstruktorowi dobór odpowiedniego rozwiązania do aplikacji, jego wycenę i otrzymania niezbędnych materiałów, jak np. model CAD 3D.
Maksymalne uproszczenie i przyśpieszenie procesu uruchomienia i parametryzacji. Idea jaka za tym stoi to plug&produce, system gotowy do pracy od razu po dostawie. Kwestie programowania i uruchomienia mają być skrócone do minimum, a do tego nie ma być potrzebna specjalistyczna wiedza. Na to składa się szereg udogodnień: obsługa sprzętu z dowolnego urządzenia z przeglądarką internetową jak np. smartfon, łatwe w użyciu kreatory konfiguracji, używanie graficznych narzędzi do programowania czy wstępnie ustawiona wymiana danych z chmurą w ramach idei Przemysłu 4.0.
Rozwój gotowego oprogramowania do konkretnych aplikacji uwzględniających ich specyfikę takich jak prasowanie, manipulowanie, paletyzacja, nakładanie kleju, itd.

Jakie są typy silników liniowych?

Wyróżnia się trzy typy silników liniowych: rurowe, które były pierwszymi dostępnymi silnikami liniowymi, u-kanałowe i płaskie. Płaskie też dzieli się na grupy. Do pierwszej zaliczane są silniki z cewkami przymocowanymi do aluminiowej podstawy oraz siłownikiem na górze lub po bokach stojana. Ich zaletą jest możliwość płynnej regulacji prędkości. Cecha ta jest przydatna na przykład w urządzeniach skanujących. Trzeba jednak pamiętać, że pole magnetyczne nie jest blokowane i wycieka na zewnątrz, przez co silnik przyciąga metalowe przedmioty. Jest to niebezpieczne dla osób, które znajdują się w pobliżu. W silnikach płaskich drugiego typu cewki są zamocowane do podstawy z aluminium i stali. Ostatnia ukierunkowuje pole magnetyczne i zwiększa siłę.

W silnikach u-kanałowych siłownik przemieszcza się pomiędzy dwoma rzędami magnesów ustawionych względem siebie równolegle. Są droższe, ale nie występuje w nich wyciek pola magnetycznego, co pozytywnie wpływa na bezpieczeństwo użytkowania. Z drugiej strony dla większej wydajności wymagają chłodzenia. Z kolei w silnikach rurowych trwałe magnesy są zamknięte w podpartej z obu końców rurze. Taka konstrukcja ogranicza długość silnika.