Gerichte kracht: lineaire motoren van FAULHABER

De conventionele elektromotor genereert zijn kracht vanuit een draaiende beweging: de rotor en stator zijn in een cirkelvorm geplaatst. De lineaire motor heeft als bewegende component geen rotor, maar een drijfstang. De drijfstang en stator zijn als het ware "uitgerold" en in rechte vorm op elkaar geplaatst. Hierdoor produceert een lineaire motor een koppel in een rechte lijn, en de drijfstang beweegt heen en weer over één as.

Hoe ziet het ontwerp van de lineaire motoren van FAULHABER eruit?

In lineaire motoren motoren kunnen zowel de stator als de rotor fungeren als wikkeling. De permanente magneten werken elk als bijbehorende tegenhanger. In de ontwerpen van FAULHABER bevinden de neodymium permanente magneten zich echter in de drijfstang, terwijl de spoel exclusief als stator werkt. Door dit design kunnen de motoren bijzonder klein worden vormgegeven, en produceren ze een extreem hoog koppel.

De ovale wikkeling van de lineaire motor is zelfdragend en kernloos, zodat er geen restkoppel optreedt. De wikkeling is opgedeeld in drie elektrisch geïsoleerde segmenten en is hol van binnen. De drijfstang beweegt zich door deze vrije ruimte, en de beide componenten zijn gescheiden door een kleine hoeveelheid lucht. In de drijfstang zijn meerdere magneten achter elkaar gelijmd in de vorm van een stang, waarbij de overeenkomende polen elkaar steeds ontmoeten (min-min, plus-plus).

De drijfstang is de enige bewegende component van de lineaire motor. Aan ieder uiteinde van de stator heeft hij een glijlager van slijtvast polymeer zonder smering. Dit ontwerp vormt de basis voor de extreem lange levensduur van de lineaire motoren van FAULHABER. Afhankelijk van het type belasting dat in de toepassing wordt bewogen, kunnen ze miljoenen of zelfs honderden miljoenen cycli uitvoeren.

In principe is de lineaire motor opgebouwd als een borstelloze motor. In dit geval zijn de geleidende wikkeling en de drijfstang met permanente magneten (die de functie van de rotor overneemt) echter in een rechte lijn geconfigureerd, in plaats van in een cirkel.

Net als bij een borstelloze motor regelt de besturingselektronica de stroom door de segmenten van de wikkeling, om zo een bewegend magnetisch veld te genereren. De aantrekkende en afstotende krachten van dit magnetische veld werken op de magneetpolen in de drijfstang. Zo brengen ze de beweging van het magnetische veld over naar de drijfstang, en produceren ze een krachtig koppel. Het grootste model levert een continukracht van 9,2 N.

Drie analoge Hall-sensoren detecteren de positie van de drijfstangmagneten. Op basis van deze signalen worden de segmenten aangestuurd met drie sinusoïde signalen, steeds met een faseverschuiving van 120 graden. De sinusoïde signalen kunnen worden opgedeeld in 4096 stappen, voor een bijzonder hoge resolutie en nauwkeurige positionering.

De commutatie van de segmenten van de wikkeling verloopt puur elektronisch. In combinatie met de vrij bewegende drijfstang maakt dit een extreme versnelling mogelijk in beide richtingen, en extreem snelle richtingwissels. Lineaire motoren van FAULHABER behalen snelheden tot wel 3,4 m/s.

De motoren zijn verkrijgbaar in vier verschillende formaten, van 33 x 8 mm tot 74 x 20 mm (L x B), met een uitgebreid aanbod aan beschikbare lengtes voor de drijfstang. Bij de producten uit deze serie kunt u kiezen uit slaglentes tussen 15 en 220 mm. Op aanvraag zijn ook speciale ontwerpen mogelijk.

De Motion Controllers van FAULHABER gebruiken de signalen van de Hall-sensoren die zijn ingebouwd op de printplaten van de lineaire motoren. Voor andere Motion Controllers die sin/cos-signalen vereisen, zijn er productuitvoeringen met aangepaste printplaten verkrijgbaar.

Lineaire motoren worden vooral ingezet in toepassingen waar de dynamiek van een draaiende motor niet voldoende is om de vereiste snelle lineaire beweging te genereren. Naast de extreem hoge dynamiek onderscheiden de lineaire motoren van FAULHABER zich ook met een lange levensduur zonder onderhoud. Als dit belangrijke criteria zijn, is een lineaire motor over het algemeen de beste oplossing.

Lineaire bewegingen kunnen ook met een roterende motor worden gegenereerd. De roterende kracht wordt hierbij dan omgezet naar een lineaire beweging met behulp van hulpmiddelen als riemen, kettingen of spindels. Dit mechanisme wordt een lineaire actuator genoemd. Als een toepassing vraagt om een bijzonder hoog koppel of extreme nauwkeurigheid, kunnen lineaire actuatoren met een tandwielkast of met een directe aandrijving een geschikte oplossing bieden.