Цилиндрический линейный электродвигатель постоянного тока , Нужна помощь

Всем Здравствуйте.
Сам я технолог по металлообработке и не сильно шарю в электроприборах, поэтому прошу помощи у Вас.
Хотелось бы создать цилиндрический линейный электродвигатель постоянного тока со следующими характеристиками: напряжение не более 12В; перемещение штока 100...150 мм; диаметр неодимовых магнитов 10 мм, длина 20 (возможно лучше другие?, но диаметр хотелось бы не более 10мм); перемещение штока простое с максимально возможной скоростью из точки А в точку В, возврат в А под действием пружины.
Из того что смог найти в интернете, эта картинка:

До чего дошел сам: фото + пояснение:

1. Катушки (обозначены w, v, u,) я разделил на блоки. Получилось 4 блока по три катушки.
2. Для перемещения штока необходимо подать напряжение на соответствующие катушки: 1v (катушка v в 1-ом блоке) 3v (катушка v в 3-ем блоке); далее 1u 3u; 2w 4w; и так далее...
Далее у меня возникли следующие вопросы:
1. Правильно ли я все делаю?
2. Нужны ли эти проставки между магнитами? Я так понял, что они должны быть из немагнитного материала?
3. Как будут соотносится длина магнита и длина катушки?
4. Как изготовить катушки: толщина провода; количество витков; нужны ли буферы между катушками; мотать все катушки в одном направлении или в разном; какой провод использовать (материал, с диэлектриком или без) и т.д.?
5. И самое главное: Как будет выглядеть схема управления данной конструкцией? Здесь у меня шансов разобраться совсем нет.
6. Если кто сможет примерно сказать какое усилие будет на штоке?
Заранее благодарю Всех откликнувшихся!

А зачем так усложнять, это длинноходовой эл.магнит на 12В.
Или есть какие-то спец. условия ?

Ограничение по размер: магниты хотел использовать не более 10 мм в диаметре, а диаметр статора хотелось бы не более 25...30 (компактная конструкция). Усилие на штоке хотелось бы в районе 5...7 кг, если это возможно. И циклов перемещение-возврата где-то 700...800 в мин. Как-то так.
Я конечно не эксперт в электротехнике, и может такая задача не реализуемая, но попробовать хотелось бы.
Если эти длинноходовой эл.магнит на 12В подходят под мои условия, то не могли бы Вы поподробнее про них.

А ещё я слышал, что бывают такие штуки, как рычаг. Ну там, говорят, можно изменить перемещение или усилие.

А ещё бывают передачи колесо-рейка, винт-гайка скольжения, винт-гайка качения...
Если Вы к тому, что можно использовать простой электромагнит и рычаг для получения необходимого усилия и перемещения, то это усложняет конструкцию и увеличивает ее габариты. То, что хочу сделать я, легко реализовать с точки зрения металлообработки и данная конструкция довольно компактна (блок управления и элементы питания можно разместить отдельно). Но у меня не хватает знаний в электротехнике, а найти ответы самостоятельно, как Вы уже поняли, я не смог.
Поэтому прошу реальной помощи по реализации моей конструкции, а не предложений по ее замене чем-либо.

Сообщение отредактировал Roma_Brest - 9.1.2017, 17:42

Что-то берет сомнение, что при таких параметрах получиться простой электромагнит.

Ну тогда гидравлика или пневматика в помощь. Электроклапан то подключить сможете?

Я с такими вещами мало дела имел, стало интересно. У ТС одно из требований - " ... И циклов перемещение-возврата где-то 700...800 в мин ...", гидравлика или пневматика смогут обеспечить такую частоту перемещений?

Разумеется нет.
Расчет эл.магнита есть в любом "букваре", но при заданных ТУ это уже совсем другой уровень.
По лин.эл.дв.-на обмотку должно подаваться пульсирующее напряжение, что бы получить бегущее поле, плюс оно должно автоматически меняться во времени с отключением пройденных секций, потом реверс, пружиной там не обойдешься, значит нужно эл.торможение, определение позиционирования и т.д. мда..., однако.
В принципе на современной элементной базе электроники это вопрос не такой уж и сложный.
Но вопрос технически интересный.
Roma_Brest - а эта штука случаем не переносная с питанием от батарейки ? И длина этого "стукача" чем то ограничена ?

На этом сайте Эта же тема мне подсказали, что я совсем забыл про механику и колебания. Поэтому усилия для заданной частоты будут довольно большие.
Для наглядности, представьте АК (Принцип работы), но в котором нужно заменить силу газов на усилие, создаваемое электромагнитом.
Поэтому изменим ТУ: забудем про 700...800 циклов в минуту и попробуем получить максимальное усилие на штоке. Если вернуться к примеру с АК то масса "затворной рамы со штоком" будет 0,8 кг. Длина перемещения L=0,1 м.
Если есть желание поломать голову, буду благодарен за помощи. Если что еще не учел, будем исправляться.

А как Вам помочь если Вы не отвечаете на вопросы ?
По имеющимся данным можно сказать, что эту штуку сделать можно и это будет правдой или сделать нельзя и это то-же будет правда.
Вопрос о механике был заложен в моем предыдущем ответе: "потом реверс, пружиной там не обойдешься, значит нужно эл.торможение".
А вообще надо составить реальное ТУ, и начать: что это такое и каковы условия эксплуатации.
P.S.
Вам бы лучше удалить ваш последний пост или подкорректировать.

А какое реальное ТУ я могу составить сейчас? То что я сейчас описываю - это, скажем так, первый этап эксперимента. Что это такое: если грубо - я возьму кусок трубы, запихну туда магниты, вставлю это все в другой кусок трубы, с намотанными на нее катушками, поставлю это все на стол (на какой-нибудь кронштейн), прикручу к штоку с магнитами "затворную раму", подключу через схему (которую предстоит сделать) элемент питания и попробую определить силу, с которой будет двигаться шток (как - это уже мой проблемы). Все, что я хочу услышать здесь, это как заставить двигаться этот шток с максимально возможным усилием, используя магниты диаметром максимум 10 мм, на длину минимум 0,1м.
Не могу понять для чего нужно эл. торможение. Пусть упрется в какой-нибудь ограничитель или в концевой выключатель.
По моему схема работы АК максимально точно описывает конструкцию; нужно лишь представить, что газоотводная трубка - это статор, а поршень - это ротор, курок - переключатель.
В последствии это может заменить кусок кинематики оборудования. Но для начала сделать хотя бы это.

А теперь вообще не понятно зачем нужны магниты, достаточно изготовить шток из цельного куска стали и намотать одну катушку на всю длину корпуса.
Фирма Мицубиси, запустившая в производство лин.эл. пост. тока с ротором из набора магнитов, как раз их и использует для точного позиционирования при котором необходим эл.тормоз.

Сообщение отредактировал eugevict - 12.1.2017, 19:07

Какое усилие на штоке тогда мы получим? С магнитами, наверное, усилие будет больше (цель - приблизится к 70...80 Н, но не ставьте их в ТУ, попробуем посмотрим). Длина перемещения; с ней возникли вопросы, так как человек, с которым я общался, сказал что для простой катушки (соленоида) такая длина (0,1м) слишком большая, возникают краевые эффекты, температура обмотки. Это все с его слов. Ну и не забываем про источник питания в 12В.
Наверное я Вас уже запутал, но не думал, что возникнет столько вопросов.

Сообщение отредактировал Roma_Brest - 12.1.2017, 18:53

К сожалению я знаю все эти вопросы, потому и хотел увидеть ТУ. Попробуем по другому.
Вот мы опять возвращаемся к нашим "баранам" - какова длина корпуса (не штока), питание от батарейки, аккумулятора, от выпрямителя (от сети), шток таскает нагрузку или идет удар ?

Длиной корпуса я не задавался. Скорее всего она будет зависеть от количества и длины необходимых катушек, перемычек между ними. Если посмотрите на мою схему, там есть схематично размер длины корпуса 120мм, так что этот параметр переменный, но естественно не бесконечный.
Питание от того, что смогу найти (смогу достать машинный аккумулятор или аккумуляторную батарею 12V, 1600mAh). Или есть какие-то принципиальные отличия.
Я уже писал про схему АК: к штоку крепится деталь, похожая на затворную раму АК; эта конструкция при перемещении переключает "выключатель", как в АК взводится курок; далее возвращается под действием пружины в исходное положение.

Да, отличия конечно есть, и что бы получить что-то, надо что-то затратить ( в данном случае электроэнергию, а батарейка это не электросеть).

Попробую ответить на все вопросы по короче:
Все, что Вы хотите сделать изначально рассчитывается, из этого расчета Вы и получите ответы на все эти вопросы.
Например: Схема управления - сколькими катушками она будет управлять, какой ток будет коммутировать, с какой скоростью коммутировать, какое охлаждение нужно элементам самой схемы упр., необходимость защит от перенапряжения, по току, по температуре, какая элементная база, необходимость стабилизации усилия развиваемым этим эл. дв. и т.д.
Вот на один Ваш вопрос уже возник десяток и все эти вопросы требуют ответа, это не сверх сложные или заумные вопросы, но решать то их надо.
Другой пример: Катушки - для нормальных условий используйте провод ПЭТВ-2, а что это даст, ведь число витков и диаметр - надо считать.
Т.е. сейчас Вы задали вопросы на которые просто нет ответов.
А вообще, Вы взялись за достаточно сложный вопрос, но ведь "не боги горшки обжигают".

Не совсем понял Ваш пост. Мне кажется, что Вы мне хотите сказать одно из двух:
1) Либо: "Парень, это не твое. Ты толком не можешь объяснить условие и чего хочешь, поэтому просто забей." (Тогда я удалю тему)
2) Либо: "Давай начнем по порядку структурировано решать поставленную задачу (шаг за шагом)" (Тогда составьте Ваши вопросы по которым Вам будет удобно. А то возникает ощущение недопонимания)

Я старался Вам объяснить те трудности с которыми столкнетесь, к сожалению Вы далеки от электричества и тем более от электроники, и как не интересен вопрос сейчас на форуме его не решишь.
Попробуйте его решить через Arduino.
Удачи !