Silnik liniowy

Silnik liniowy to specyficzny typ silnika elektrycznego, który generuje ruch postępowy. Nie stosuje się w nim przekładni, które zwykle transformują ruch obrotowy na postępowy. Zasada jego działania jest podobna do silnika obrotowego, gdzie stator oraz rotor są rozwinięte do postaci liniowej i odpowiednio przedłużone lub skrócone, dla uzyskania chcianego zakresu ruchu. W tym artykule przyjrzymy się budowie, rodzajom oraz zastosowaniom silnika liniowego.

Silnik liniowy - budowa

Podstawowa budowa silnika liniowego opiera się na ruchomym siłowniku, zasilanym prądem, który pełni rolę wirnika i przesuwa się względem nieruchomego stojana o płaskiej postaci. Do prowadzenia siłownika w płaskim stojanie stosowane są szyny kierujące, niepozwalające na to, aby poruszający się element wyszedł poza obszar ruchu. Biorąc pod uwagę pole magnetyczne, siłownik praktycznie nie styka się ze stojanem, na skutek czego zniwelowane zostaje niekorzystne zjawisko tarcia. Jest ono niepożądane, ponieważ powoduje degradację urządzenia podczas jego pracy. W przypadku najbardziej precyzyjnych modeli stosowane są łożyska powietrzne. Siłownik charakteryzuje się niewielką masą, czego skutkiem jest niska bezwładność. Umożliwia to wykonywanie precyzyjnych ruchów przy dużych przyspieszeniach, lecz wymaga zastosowania złożonego systemu okablowania.

Musi on być wystarczająco elastyczny, aby możliwy był przesył energii zasilającej siłownik. Ta właściwość bywa kłopotliwa w przypadku długich konstrukcji. Sprężynujący i rozciągliwy kabel powoduje w niektórych sytuacjach zmniejszenie dynamiki ruchu, a zbyt duża jego długość stwarza zagrożenie zaczepienia o któryś z elementów maszyny. Bezwładność kabla jest zawsze wyższa od siłownika, głównie ze względu na to, że jego długość jest proporcjonalna do zasięgu ruchu. Zależy on od długości bieżni, na której zamontowane są magnesy stałe, stosowane, aby uniknąć użycia długich i skomplikowanych sieci okablowania. Analogicznie do zwiększenia zakresu ruchu niezbędne jest przedłużenie bieżni o dodatkowe magnesy. Silniki liniowe są na tyle dobrym rozwiązaniem technologicznym, że mogą śmiało konkurować cenowo z pozycjonerami, które korzystają z napędu paskowego lub śruby tocznej. Przy wykorzystaniu koderów optycznych możliwa jest budowa urządzeń o wysokim stopniu ochrony obudowy np. IP 67, co pozwala na ich eksploatację w zakładach spożywczych.

Silnik liniowy - Właściwości i zastosowanie

Silniki liniowe są w swojej budowie zbliżone do wirujących, czego konsekwencją jest wykorzystanie podobnych, choć nie identycznych parametrów. Do określania ich prędkości stosuje się metry na sekundę, a nie obroty, a przyspieszenie podaje się w m/s2. Zamiast momentu obrotowego występuję pojęcie siły podawanej w niutonach, która charakteryzuje zdolność do przemieszczania dużych mas. Niezmiennie w przypadku obu typów silników podaje się moc pobieranego ze źródła prądu elektrycznego. Przeniesienie generowanej siły napędowej na ruch liniowy umożliwia uzyskanie bardzo wysokich prędkości, sięgających nawet 40 m/s. Wysokość osiąganych przez silniki liniowe parametrów zależy w głównej mierze od typu zastosowanej konstrukcji. Na rynku najpopularniejsze pozostają trzy rodzaje silników liniowych – rurowe, płaskie oraz u-kanałowe.

Silniki liniowe indukcyjnego są stosowane przede wszystkim w mechanizmach, odpowiadających za przemieszczanie się głowicy w dysku twardym, zmianę kąta oraz położenia materaca na łóżku szpitalnym, czy chociażby elektrycznego zamykania okien. Dodatkowo przydatne są w kolejach miejskich, w tym magnetycznych. Odnotowano nawet przypadek zastosowania silnika liniowego w elektrowni jądrowej, jako indukcyjną pompę ciekłego metalu MHD, która była elementem systemu chłodzenia reaktora. Główną zaletą takich silników są ich świetne parametry dynamiczne, wynikające z pominięcia konwersji ruchu obrotowego na liniowy. Bezwładność i tarcie nie ograniczają w żaden sposób przyspieszenia ani szybkości tego silnika, a o jego osiągach, decydują możliwości elektronicznego układu sterującego. Powinien on być wysoce sprawny w przetwarzaniu sygnałów sprzężenia zwrotnego i reakcji na nie.