Линейные электродвигатели YASKAWA, обладающие высокой точностью и скоростью передвижения, крайне востребованы в производстве станкоинструментальной продукции. В нашей стране эти двигатели представляет компания «КоСПА», специализирующаяся на системах управления для станкостроения, давно и активно сотрудничающая с японским производителем. В статье описаны особенности конструкции линейных серводвигателей YASKAWA, показаны преимущества, которые достигаются благодаря этим решениям, указаны основные характеристики и сферы применения.
Компания «КоСПА» – поставщик решений для станкостроительной отрасли
ООО «КоСПА» («Компоненты и системы для промышленной автоматизации») – инженерная компания, многие годы занимающаяся разработкой и реализацией систем управления для станкостроения, пищевой и упаковочной промышленности, металлургии, производства изделий из стекла и других отраслей. Спектр внедренных проектов – от простейших систем, состоящих из нескольких реле, таймеров и датчиков, до комплексных технических решений с десятками сложных устройств, где быстродействие измеряется микросекундами, а усилия тоннами. Стратегия компании состоит в том, чтобы, обобщая опыт, полученный в разных отраслях, разрабатывать на его основе типовые технические решения, которые в различных комбинациях могут стать основой для проектирования принципиально новых систем, а также помочь улучшить характеристики уже существующих систем. Преимущества такого подхода положительно оценили сотни компаний и заводов России: для одних технические решения «КоСПА» открыли новые области сбыта, другим помогли повысить конкурентоспособность выпускаемой продукции.
Несомненным доказательством успехов компании можно считать приглашение «КоСПА» стать полноправным членом Российской ассоциации производителей станкоинструментальной продукции «Станкоинструмент». Это результат признания всеми членами ассоциации высокого уровня разработанных и внедренных систем управления различными станками, качества технической поддержки и профессионализма инженеров компании.
ООО «КоСПА» является эксклюзивным дистрибьютором итальянских компаний ESA Automation (Elettronica) и Ascon Tecnologic на территории России и EAC. Но самые давние и успешные связи с момента своего основания в 1999 году предприятие установило с японской корпорацией YASKAWA, став уполномоченным торговым партнером и сервисным центром ее подразделений Drive & Motion и VIPA Controls на территории России. Подразделение YASKAWA Drive & Motion разрабатывает приводную технику (частотные преобразователи J1000, V1000, A1000, сервомоторы Sigma и др.), VIPA Controls – контроллеры и другие элементы автоматизированных систем управления (ПЛК 300S и MICRO, модульная система управления и распределенного ввода/вывода SLIO), поэтому компания «КоСПА» приобрела обширный опыт внедрения преобразователей частоты, сервоприводов и контроллеров движения в машиностроительном сегменте промышленности, в том числе в станкостроении, прокатных станах, прессах, намоточных машинах, упаковочной технике и другом сложном оборудовании.
Линейные серводвигатели YASKAWA
В качестве примера рассмотрим предлагаемые «КоСПА» линейные серводвигатели серий Sigma-5 и Sigma-7 от YASKAWA. В принципе в серию Sigma входят все три основных типа серводвигателей: вращающиеся (Rotary), с прямым/непосредственным приводом (Direct Drive) и линейные (Linear). Последний тип в серии Sigma-7 представлен тремя моделями (рис. 1) – SGLG, SGLF и SGLT (обратите внимание на определяющую букву L в названии модели, L = Linear). Кроме двигателей в рамках семейства Sigma поставляются усилители для них и дополнительное оборудование – вплоть до экранов человеко-машинного интерфейса.
Рис. 1. Линейные серводвигатели SGLG, SGLF и SGLT серии YASKAWA Sigma-7
Серия Sigma-5 уже не выпускается, но по разным причинам компании YASKAWA не удалось сохранить преемственность в названиях моделей, поэтому нет прямого соответствия между моделями с одинаковыми наименованиями в сериях 5 и 7. А ведь иногда еще могут потребоваться моторы из старой серии. Разумеется, в новой серии тоже найдется хорошая замена модели из Sigma-5, только называться она будет иначе, поэтому настоятельно рекомендуется в таких случаях обратиться в компанию «КоСПА».
Технические характеристики
В маркетинговых публикациях компании YASKAWA отмечено, что новая серия Sigma-7 получила три основных преимущества: более быстрый и удобный ввод в эксплуатацию, высокую производительность на выходе и максимальную эксплуатационную надежность. Серводвигатели серии Sigma-7 отвечают всем потребностям проектировщиков автоматизированных систем, а также конечных пользователей в разных отраслях промышленности. В частности, такие электродвигатели – оптимальный выбор для упаковочных систем, производства полупроводников, обработки древесины и станков цифровой печати.
Если же перейти на более сухой и четкий язык технической документации, то улучшения серии Σ-7 в сравнении с Σ-V (именно такие аббревиатуры употребляются в техдокументации для серий Sigma-7 и Sigma-5 соответственно) будут заключаться в следующем:
- улучшены параметры окружающей среды и эксплуатационных режимов: температурный диапазон – до –5…+60 °C (при номинальной величине +55 °C); высота над уровнем моря – до 2000 м (при номинальной величине 1000 м);
- степень защиты оболочки повышена до IP67 (только при использовании кабелей серии Σ-7);
- увеличено разрешение кодировщика (энкодер) мотора до 24 разрядов;
- улучшен отклик «частота – скорость» до 3,1 кГц;
- добавлены функции улучшенного подавления вибрации, компенсации пульсаций, учета модели трения, усилия установки и т. д.;
- обеспечен мониторинг для обнаружения состояний, требующих предупреждения оператора (планируемый срок службы, потребляемая мощность, работа вентилятора и т. д.).
Конструктивные особенности
Не менее важным показателем являются конструктивные особенности линейных электродвигателей Sigma-7, благодаря которым удалось добиться ряда преимуществ. Прежде чем перейти к ним, в общих чертах рассмотрим устройство и принцип действия «обычных» (вращающихся, круговых) и линейных электроприводов.
Двумя основными элементами вращающегося двигателя являются статор и ротор – его неподвижная и подвижная части, в каждом из которых образуется магнитное поле. Движение возникает при взаимодействии их магнитных полей: переменного (статор) и постоянного (ротор).
Если статор и ротор разомкнуть, разогнуть и положить прямо, то мы получим конфигурацию линейной машины (рис. 2). Она тоже имеет в своем составе два элемента, аналогичные статору и ротору, – магнитный путь (неподвижная часть) и движущуюся катушку (подвижная часть). Магнитный путь представляет собой ряд постоянных магнитов, а движущаяся катушка – сердечник из шихтованного железа с пазами, в которые укладывается медная обмотка. Обмотки движущейся катушки подключаются к источнику трехфазного напряжения переменного тока, благодаря чему создается магнитное поле, движущееся прямо, эквивалентное вращающемуся полю в обычном синхронном двигателе. Магнитный путь линейного двигателя играет роль направляющей, обеспечивающей линейное движение катушки.
Рис. 2. Схематичное изображение кругового и линейного двигателей
В общем случае катушка располагается на магнитном пути, вдоль которого она и перемещается. Однако в конструкцию линейного двигателя можно внести различные изменения, улучшив его характеристики.
Например, одна из модификаций линейного двигателя серии Sigma-7 – SGLG с возбуждением от постоянного магнита – лишена металлического сердечника (рис. 3). Движущаяся катушка изготовлена только из полимерных обмоток, по обе стороны от катушки – магнитный путь с точно расположенными магнитами. Длина движущейся катушки в разных исполнениях может составлять от 50,00 до 535,00 мм, номинальное усилие – от 12,50 до 750,00 Н, скорость – до 5 м/с. Длина магнитного пути может составлять от 90 до 504 мм, высота магнитов – от 30 до 86 мм. Отсутствие силы магнитного притяжения помогает продлить срок службы направляющих и свести к минимуму рабочий шум.
Рис. 3. Линейный двигатель SGLG без металлического сердечника в движущейся катушке
Также в серии Sigma-7 представлены модели с железным сердечником катушки, имеющим разную форму. Модели SGLFW2 разного исполнения имеют F-образный сердечник (рис. 4). Магнитный путь у них расположен с одной стороны: движущаяся катушка лежит на нем. Сила притяжения такого двигателя зависит от его размера. Номинальные усилия составляют от 45 до 2520 Н, пиковые – от 135 до 7560 Н. Двигатели SGLFW2 имеют компактный профиль, экономящий место для установки. Магнитное притяжение между движущейся катушкой и магнитным путем делает движение более жестким.
Рис. 4. Серводвигатель SGLFW2 с F-образным сердечником
Модель SGLT (рис. 5) имеет Т-образный сердечник и магнитный путь, расположенный с двух сторон от сердечника. Уникальная Т-образная структура, разработанная специалистами YASKAWA, сводит на нет негативные эффекты магнитного притяжения между элементами машины, благодаря чему увеличивается прочность конструкции направляющих и двигателя в целом. Линейные серводвигатели серии SGLT обеспечивают высочайшую точность (до 1 нм) при огромных усилиях (номинальные – от 130 до 2000 Н, максимальные кратковременные – от 380 до 7500 Н).
Рис. 5. Серводвигатель SGLT с Т-образным сердечником движущейся катушки
Заключение
По сравнению с другими видами двигателей (пневмо- и гидроцилиндрами, электроприводами с шарико-винтовой парой (ШВП), зубчатой рейкой и т. п.) линейные электродвигатели имеют несколько бОльшую стоимость, однако она компенсируется более высоким КПД из-за отсутствия потерь на движение жидкости или газа и снижения механических потерь на трение. Это позволяет экономить потребление электроэнергии. Кроме того, благодаря методу управления и отсутствию механических передач линейный привод обеспечивает большую точность и повторяемость перемещений. По скорости перемещения, темпам разгона и торможения такой привод существенно опережает гидропривод и электромеханические линейные модули. Также линейный привод имеет намного меньшие габариты по сравнению с пневмоприводом и превосходит его по усилиям.
Указанные преимущества линейных серводвигателей делают их незаменимым решением в станках лазерного и гидроабразивного раскроя, где проявляются свойственные им высокая скорость, быстрый темп разгона и торможения, стабильная высокая точность перемещения. Эти же достоинства востребованы при лазерном раскрое металла, на ткацких станках с высокой скоростью и большими ускорениями разгона, а также в оборудовании, где необходима работа с наноточностью (например, в микроэлектронике или биомедицинских установках), очень небольшие и очень медленные перемещения.
Опубликовано_в журнале ИСУП № 1(97)_2022
ООО «КоСПА», г. Москва,
тел.: +7 (495) 660-2822,
e-mail: cospa.office@cospa.ru,
сайт: cospa.ru
_big.jpg'); "4(106)_small.jpg")