Motor lineal: cómo se mueve en línea recta

Cómo funcionan juntas las piezas

1. Lee la pista

   Los imanes alternan norte y sur, cada uno de un paso polar de ancho, así que un par norte-sur (el corchete gris) mide 2 pasos polares. En el panel trasero, la curva oscura es el campo de los imanes a lo largo de la pista: un máximo sobre cada imán norte, un mínimo sobre cada imán sur y cero en cada frontera. La franja roja y azul de debajo repite los imanes. Justo encima de cada bobina hay una barra de su color que muestra su corriente, y las flechas de arriba muestran el empuje sobre cada bobina.

2. La corriente sigue la pendiente

   Los dos lados de una bobina llevan corrientes opuestas, así que solo la empuja la diferencia de campo entre ellos: la pendiente de la curva oscura en la bobina. Hacer que cada corriente siga esa pendiente da el mayor empuje para esa corriente y mantiene uniforme el total. Aquí una bobina de la fase C está sobre una frontera, donde la curva es más empinada: plena corriente y el mayor empuje. Las fases A y B llevan la mitad de la corriente opuesta y reciben empujes pequeños en el mismo sentido; las tres corrientes suman cero. Mientras el primario va hacia la derecha, la curva turquesa discontinua que pasa por los extremos de las barras es la pendiente de la curva oscura; hacia la izquierda, todas las corrientes se invierten y la curva es esa pendiente boca abajo.

3. Cero junto a máxima

   Ahora una bobina de la fase C está sobre el centro de un imán, donde la curva es plana: sin corriente y sin empuje. Sus vecinas están donde la curva es empinada en sentidos opuestos, así que llevan corrientes opuestas, 0,87 de la plena. Corriente opuesta por pendiente opuesta da un empuje en el mismo sentido, así que todas las flechas siguen apuntando a la derecha. Al moverse el primario, el empuje de cada bobina sube y baja, pero con el campo suave dibujado aquí los seis siempre suman lo mismo; los imanes reales dejan algo de rizado, que los accionamientos pueden reducir dando otra forma a las corrientes.

4. El campo de las bobinas no se mueve

   Cada corriente sigue la pendiente en su bobina, así que la curva turquesa discontinua es también el patrón del campo propio de las bobinas, dibujado como una onda suave e idealizada que pasa por las seis bobinas: donde está alta, el campo de un diente apunta en el mismo sentido que el de un imán norte. Está medio paso polar por detrás de la curva de los imanes, así que cada joroba es atraída hacia la joroba igual de los imanes que tiene delante y empujada por la opuesta que tiene detrás. Pulsa Reproducir: las bobinas avanzan pero la curva turquesa no se mueve a lo largo de la pista, y por eso la corriente de cada bobina sube y baja. En cada extremo de su carrera el accionamiento invierte todas las corrientes (dibujado como una inversión instantánea; un accionamiento real frena el primario y lo vuelve a acelerar). La curva turquesa se da la vuelta y queda medio paso polar por detrás del otro lado, así que el empuje y el avance se invierten; una marca ámbar de giro aparece un momento sobre la placa portadora y el selector de sentido cambia solo.

5. Fija la velocidad

   Al accionamiento se le indica una velocidad. Su lazo de control fija la intensidad de las corrientes para que, a velocidad constante, el empuje total equilibre justo el rozamiento y la carga, mientras el codificador fija su sincronización. Como cada corriente depende solo de dónde está su bobina, las corrientes completan un ciclo cada vez que el primario pasa un par norte-sur. A 0,6 m/s con un paso polar de 30 mm son 10 ciclos por segundo, y duplicar la velocidad duplica la frecuencia. Aquí el movimiento está prescrito y se muestra 10 veces más despacio. Como las bobinas se mueven, un primario real arrastra además sus cables de potencia y del codificador en una cadena portacables flexible, que no se dibuja.

6. Mira el entrehierro

   Este primer plano amplía 6 veces (9 veces en un móvil) la parte delantera del primario y corta los devanados en la cara delantera del hierro. Los bloques de color a cada lado de cada diente son los lados de las bobinas en sección. Bajo los extremos ensanchados de los dientes, la franja clara marcada con el pequeño corchete negro es el entrehierro, dibujado de 1,5 mm. Los imanes atraen los dientes de hierro a través de este hueco todo el tiempo, incluso sin corriente, así que las guías soportan esa atracción además del peso del primario; el empuje actúa a través del mismo hueco, a lo largo de la pista. Desactiva Primer plano del entrehierro para volver a ver la máquina entera.

Las piezas principales

Bancada

Una bancada plana de aluminio que sostiene la pista de imanes, los carriles guía y la regla del codificador. Nunca se mueve.

Pista de imanes

Ocho imanes permanentes pegados a una placa de acero de 6 mm, norte (rojo) y sur (azul) alternados. Cada uno mide un paso polar de ancho, 30 mm en este modelo, así que un par norte-sur mide 2 pasos polares. La pista no lleva cables ni necesita corriente.

Carriles guía y topes

Dos carriles sobre bases más anchas sostienen cuatro patines bajos que los abrazan y llevan el bastidor móvil. Los topes oscuros de cada extremo limitan la carrera.

Hierro del primario

Seis dientes de hierro laminado, cada uno con un extremo ensanchado, miran a los imanes a través del entrehierro, y una placa trasera encima los une. Las ranuras entre los dientes son más profundas que anchas, y los devanados las llenan. El entrehierro, dibujado de 1,5 mm, queda bajo las bobinas; activa Primer plano del entrehierro para verlo como una franja clara bajo los dientes. La parte delantera de la placa se dibuja cortada, con la cara del corte sombreada en naranja y rayada, para que se vean las bobinas y la cara superior de los dientes. Cada bobina está arrollada alrededor de un diente.

Bobinas de la fase A

Dos bobinas de la fase A. La intensidad del color indica lo grande que es ahora la corriente: un tono pálido es poca corriente y el color pleno, corriente plena. Las flechas de los dos lados de la bobina muestran en qué sentido circula, hacia ti en un lado y alejándose en el otro, y se alargan con más corriente. En el gráfico, una barra del color de la bobina está encima de ella y muestra su corriente, y una flecha más arriba, el empuje que recibe. Al seleccionar la fase, sus bobinas se rodean de azul y las otras fases se atenúan en el gráfico.

Bobinas de la fase B

Dos bobinas de la fase B, a un tercio de ciclo eléctrico (120 grados) de la fase A a lo largo del primario. Su corriente alcanza el máximo en una posición distinta a la de A y C.

Bobinas de la fase C

Dos bobinas de la fase C, otro tercio de ciclo más allá. Las tres corrientes de fase siempre suman cero.

Bastidor móvil

Una placa portadora gris azulada atornillada a lo largo de la parte superior del hierro trasero y apoyada en separadores sobre los patines traseros, y placas de extremo que la unen a ella, a las caras de los extremos del hierro y a los cuatro patines. La placa se dibuja cortada por delante, como el hierro de debajo, y las placas de extremo son bajas delante del corte. Lo que lleve el bastidor se mueve con el primario a lo largo de los carriles.

Codificador de posición

Un cabezal lector, en un soporte que sale de un patín delantero, lee las marcas de una regla a lo largo de la bancada. El accionamiento usa esa posición para fijar la corriente de cada bobina, así que siempre sabe dónde está cada bobina sobre los imanes.

Gráfico de campo y empuje

Dibujado en un panel detrás de la máquina; no es una pieza. La curva oscura es el campo de los imanes a lo largo de la pista. La curva turquesa discontinua es el patrón de campo que crean las corrientes de las bobinas, dibujada solo donde está el primario. Las barras de los colores de las bobinas están encima de sus bobinas, muestran sus corrientes y terminan en la curva discontinua. Las flechas de arriba son el empuje sobre cada bobina. La franja roja y azul bajo las curvas repite los imanes de debajo, y el corchete gris marca un par norte-sur, 2 pasos polares. El panel está desplazado de lado para que, desde la vista inicial, sus marcas queden sobre las piezas de debajo; al girar la vista se pierde esa alineación.

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