Linearwellenmotoren

Der lineare Servomotor ist ein hochpräziser direktangetriebener Motor. Der Linearmotor besteht aus einer Welle mit Seltenerden Eisen-Bor-Neodym-Dauermagneten sowie einem Laufer aus zylindrischen Spulenwicklungen. Die Welle sorgt für die magnetischen Felder, auf die der Laufer wirkt. Die Treiberbaugruppe in Kombination mit dem Verstärker und der Steuerelektronik erzeugt die Kraft für den Motor. Ein kleiner Strom erzeugt eine große Kraft.

Die Linearwellenmotor-Servos sind auf dem Maschinenbaumarkt etwas unbekannt; Sie wurden in der Regel tief in hochpräzise OEM-Systeme eingebettet, die Lithographie-, Wafer-Scanning- und optische Inspektionsanwendungen handhaben. Im Bereich der Halbleiterautomatisierung sind sie jedoch aufgrund ihrer ultrapräzisen Fähigkeiten der Motor der richtigen Wahl. Hier sind einige der Vorteile der Verwendung von Linearwellenmotoren für die Halbleiterfertigung.

Kein Rastmoment (Cogging): Anwendungen, die mit Nanometer-Präzision arbeiten, erfordern einen Rastfreien Motor. Das Rastmoment tritt bei flachen Linearmotoren auf, bei denen der Eisenkern des Motorspule (Forcers) mit den Magneten des magnetischen Weges oder der Spur reagiert. Dieser Zug in die bevorzugte Position des Motors (Rasten) des Motors verursacht sowohl Kraft- als auch Geschwindigkeitswelligkeit während der Bewegung. Dies ist höchst unerwünscht in Anwendungen, in denen eine absolut glatte, welligkeitsfreie Geschwindigkeit oder Kraft durch das Bewegungsprofil erforderlich ist. Weder in der Welle noch im Treiber des Motors von NPM ist Eisen vorhanden, was für eine hohe Präzision und Rastfreien verhalten sorgt. Die Spulen selbst bilden den Kern und geben dem Motor so die Steifigkeit. Die Lineare Servomotoren sind kontaktlos. Da sich die Spule vollständig um die Magneten wickelt, wird die magnetische Flussdichte wirksam genutzt. Dies ermöglicht einen großen (0,5 bis 5 mm) ringförmigen Nennluftspalt. Dieser Luftspalt ist nicht kritisch, in dem Sinne dass es zu keinen Kraftveränderungen kommt. Der Eisenkern sorgt ebenfalls für große Aufnahmekräfte zwischen Stator und Armatur und führt zu Rastmomenten in der linearen Bewegung. U-förmige Linearmotoren verwenden andererseits einen Epoxidkern, der keine Wirbelströme oder Aufnahmekräfte erzeugt. Der lineare Servomotor ist auf eine Motorsteifigkeit ausgelegt, die 100 mal höher ist als die eines U-förmigen Motors bei einer vier Mal größeren Wärmeabführung als bei ähnlich dimensionierten flachen Linearmotoren. 

EINFACHHEIT UND ZUVERLÄSSIGKEIT: Mechanische Geräte, die in Motion-Control-Anwendungen verwendet werden, können sehr komplex sein, z.B. durch die Verwendung komplexer Getriebesysteme. Der Linearwellenmotor ist wie einen Torquemotor und kann komplexes mechanisches Aufgaben leicht vereinfachen. Die berührungslose Linearwellenmotorlösung besteht aus einer magnetisierten Welle und einem Spulenteil (Forcer). Der Maschinenkonstrukteur kann den Wellenmotor schnell in seine Anwendung integrieren, zusammen mit der bevorzugte lineare Lageranordnung und das gewünschte Feedback-Element (Encoder) verwendet, um die Leistungsanforderungen zu erfüllen. Entweder die Welle oder der Forcer kann fixiert bleiben, während der andere mit der Last verbunden ist und für eine Linearen Bewegung sorgt. Erfolgreichen Einsatz ist im Industrie- oder Reinraumlösung.

LÖSUNG: Die Wahl vom Encoder als Feedback-teil ermöglicht es dem Entwickler, die geeignete Auflösung und Genauigkeit zu optimieren. Letztendlich liegt die Leistungseinschränkung in den Steuerungs- und Feedbackelementen und nicht in den Fähigkeiten des Wellenmotors.

HOHER WIRKUNGSGRAD: Wellenmotoren haben aufgrund ihrer kreisförmigen Magnete den höchsten Wirkungsgrad aller anderen Lineartechnologien - Runde Magnete werden in einem Edelstahlrohr (Welle) von Ende zu Ende gestapelt, und das Spulenteil (Forcer) wickeln sich um die Welle und nutzen den vollen 360-Grad-Fluss, der von den Magneten erzeugt wird. Es gibt keinen anderen Ansatz, der vergleichbar ist. In einer unabhängigen Studie erwies sich der Linearwellenmotor als mehr als 50 Prozent effizienter als kernlose oder U-förmige Linear-Servos bei etwa 50 Prozent geringerem Stromverbrauch. Einhergehend mit der zylindrischen Ausführung, durch die das Kupfer, der Strom und das Magnetfeld die Kraft zu 100 % nur in Fahrtrichtung erzeugt bei gleichzeitiger mäßiger Wärmeabführung.

GLATTE BEWEGUNGSPROFILE: Die Energieeffizienz und Wirkungsgrad der kompakte Forcer des Linearwellenmotors hat kaum eine eigene Erwärmung und eignet sich perfekt für kleine Räume, in denen eine reibungslose Kraftregelung erforderlich ist. Wellenmotoren basieren auf einem 3-Phasen-bürstenlosen Motordesign und können daher von fast jedem bürstenlosen Servoantrieb angetrieben werden. Dies bietet eine große Flexibilität bei der Auswahl basierend auf Leistung, Funktionsumfang und Kommunikationsprotokollen eines bestimmten Laufwerks.

Keine Schmierung/Einstellwartung erforderlich: 

Der lineare Wellenmotor erfordert kein Fetten und zeigt keinen Leistungsabfall aufgrund von Verschleiß/Alterung. Seine wartungsfreie lange Lebensdauer tragen zu einer lebenslangen Kostenreduzierung bei. Das Spiel zwischen Welle und Treiber macht Einstellungen wie die Positionierung der Führung oder konzentrische Einstellungen überflüssig. Staub und Geräusche, wie bei Kugelgewindetrieben und pneumatischen Systemen, kommen beim linearen Servomotor nicht vor. Dies ist nicht nur von Vorteil bei Reinraumanwendungen, sondern trägt zur Verbesserung der Arbeitsumgebung bei. Der lineare Wellenmotor ermöglicht einen Präzisionsgrad wie er von Kugelgewindetrieben nicht erreicht wird. Die Genauigkeit der Wiederholpositionierung hängt von der Auflösung des linearen Encoders ab. Darüber hinaus ist eine ausreichende Gerätesteifigkeit notwendig. Auch hängt eine absolute Positionierungspräzision wesentlich vom linearen Encoder ab. Sie ist nicht von der Ausdehnung oder Zusammenziehung abhängig, die durch die Wärme des linearen Wellenmotors verursacht wird. Im Präzisionsbetrieb erfordern andere lineare Mechanismen eine strenge Kontrolle der Arbeitsumgebung einschließlich der Temperatur.

Große Auswahl

Nippon Pulse Motor bietet eine sehr große Auswahl an Linearmotoren mit mehr als 10.000 Standardkonfigurationen. Sollte die gewünschte Motorvariante nicht mit dabei sein, kann eine Variante an die speziellen Anforderungen des Kunden adaptiert werden. Für weitere Information oder für die Beratung stehen Interessenten die Produktspezialisten von Dynetics zur Verfügung.

Weitere Informationen stehen unter http://www.dynetics.eu/brochurescatalogues/ zur Verfügung.

 Links:

 Linear motion products:

 Linear Servo Motor  

 Video:

 Dynetics - Nippon Pulse Linear Shaft Motor - The Next Generation Actuator 

 NPM Linear Shaft motor: 4-axis multi-drive

 Nippon Pulse Simple XYΘ stage for high accuracy applications

 LSM Stage under Water