Configuración típica del diseño de sistemas de movimiento

El movimiento lineal es fundamental en muchas máquinas móviles, y la naturaleza de accionamiento directo de los motores lineales puede simplificar el diseño general de la máquina en estas aplicaciones. Otras ventajas incluyen una mayor rigidez, ya que los motores lineales están fijados directamente a la carga.

Integrar estos motores (y los componentes periféricos que requieren) puede parecer complicado, pero el proceso se puede dividir en cinco sencillos pasos. Siguiendo este proceso paso a paso, los fabricantes de máquinas y robots pueden aprovechar las ventajas de los motores lineales sin esfuerzo ni complejidad innecesarios.

1. Determinar el tipo de motor: Núcleo de hierro o sin núcleo de hierro.

El primer paso consiste en seleccionar el motor lineal entre los tipos disponibles.

Motores con núcleo de hierro: Los motores con núcleo de hierro son los más comunes y adecuados para aplicaciones de automatización general. El término "núcleo de hierro" se refiere a la construcción de la bobina, que consta de láminas de hierro. Una configuración típica consiste en una pista magnética fija de un solo lado y una bobina o actuador móvil. El núcleo de hierro maximiza la fuerza de empuje generada y crea una fuerza de atracción magnética entre la bobina y los imanes.

Esta fuerza de atracción magnética puede utilizarse para aumentar eficazmente la rigidez del sistema de guiado lineal mediante la precarga de los cojinetes de movimiento lineal. La precarga magnética también puede mejorar la respuesta en frecuencia del sistema, optimizando la desaceleración y el asentamiento.

Por otro lado, la fuerza de atracción debe estar debidamente soportada mediante una mayor capacidad de carga de los elementos de soporte y los cojinetes lineales. Esto puede limitar la libertad de diseño mecánico de la máquina.

Una segunda configuración de motor lineal con núcleo de hierro consta de un par de pistas magnéticas fijas situadas a ambos lados de la bobina móvil. Esta construcción patentada anula los efectos de la atracción magnética, a la vez que proporciona la máxima fuerza por unidad de área transversal. El diseño equilibrado reduce la carga sobre los rodamientos, lo que permite el uso de rodamientos de movimiento lineal más pequeños y disminuye el ruido que estos generan.

Motionsystemdesign Com Motores Accionamientos 0111 VentajasMotores sin hierro: También existen motores lineales sin hierro; estos motores no tienen hierro en sus bobinas, por lo que no hay atracción entre los miembros del motor.

El tipo sin núcleo de hierro más común es el de canal en U: dos pistas magnéticas se unen para formar un canal por donde se mueve la bobina del motor (o actuador). Este motor es ideal para aplicaciones que requieren baja ondulación de velocidad y alta aceleración. La ausencia de fuerza de atracción y de efecto de retención magnética en su construcción sin núcleo de hierro minimiza la ondulación del par; además, la aceleración aumenta debido a que la bobina es relativamente ligera.

Una segunda configuración sin núcleo de hierro tiene forma cilíndrica. Los imanes se apilan dentro de un tubo de acero inoxidable, y la bobina del motor gira alrededor del cilindro. Esta configuración es adecuada para reemplazar husillos de bolas, ya que produce velocidades y precisión de posicionamiento mucho mayores en un espacio prácticamente idéntico.

Dimensionamiento de la bobina y longitud de la pista

Independientemente de la configuración, todas las bobinas de los motores lineales deben dimensionarse según los requisitos de la aplicación: carga aplicada, perfil de movimiento deseado, ciclo de trabajo, exactitud, precisión, vida útil y entorno operativo. Consejo: Solicite asistencia técnica a los fabricantes de motores lineales y utilice software de dimensionamiento (que suele ser gratuito) para seleccionar el tipo y tamaño de motor más adecuados para cada aplicación.

Las secciones de riel magnético se ofrecen en varias longitudes y se pueden apilar una tras otra para lograr la longitud de recorrido deseada, siendo la longitud total del imán prácticamente ilimitada. Para simplificar el diseño y reducir costos, lo mejor es usar las secciones de riel magnético más largas disponibles del fabricante.

2. Decida qué codificador utilizar.

El segundo paso al diseñar un sistema de motor lineal es la selección del codificador lineal. Los más comunes son los codificadores lineales incrementales con sensores de lectura ópticos o magnéticos. Seleccione un codificador con la resolución y precisión requeridas para la aplicación, y que sea adecuado para el entorno de la máquina.

La retroalimentación del codificador se suele enviar al amplificador del servomotor mediante una señal analógica sinusoidal o una secuencia de pulsos digitales. Otra opción es la retroalimentación del codificador en serie de alta velocidad, que ofrece mayores velocidades de datos, mayor resolución de bits, mayor inmunidad al ruido, cables más largos e información de alarma completa.

Las comunicaciones en serie se conectan de dos maneras.

Es posible la comunicación directa entre el amplificador y el codificador mediante codificadores que incorporen un protocolo de codificación serie compatible con el amplificador.

Cuando un codificador no tiene salida serial (o cuando el protocolo de salida serial es incompatible con el amplificador), se puede usar un módulo convertidor serial. En este caso, el módulo recibe una señal analógica del codificador junto con la señal del sensor Hall, subdivide la señal analógica y transmite estos datos serialmente al amplificador del servomotor. Los datos del sensor Hall se utilizan al encender el dispositivo y para verificar la retroalimentación del codificador.

Actualmente, varios fabricantes de codificadores lineales ofrecen codificadores lineales absolutos que admiten diversos protocolos de comunicación en serie, incluidos protocolos propietarios de fabricantes de amplificadores de terceros.

3. Elige el amplificador

El tercer paso en el proceso de diseño es la selección del amplificador del servomotor. El amplificador debe tener el tamaño adecuado según el motor.

La función plug and play solo la ofrecen los proveedores que fabrican tanto servomotores como amplificadores. Algunos proveedores la incluyen para reducir el tiempo de puesta en marcha y garantizar una configuración adecuada.

Algunos amplificadores de servomotores incorporan reconocimiento automático del motor y un modo sin ajuste, lo que elimina la necesidad de configurar el sistema. Con este software, las especificaciones del motor (incluidas las características de sobrecarga) se cargan automáticamente en el amplificador al encenderlo. Esto elimina posibles errores del usuario al introducir las especificaciones del motor, reduciendo prácticamente a cero el riesgo de descontrol del motor y errores de fase.

4. Seleccionar los elementos de soporte y los cojinetes.

Los dos últimos pasos del diseño van de la mano para completar el diseño del sistema de motor lineal: el cuarto paso consiste en seleccionar un sistema de cojinetes de movimiento lineal, y el quinto, en diseñar los elementos de soporte.

En la mayoría de los conjuntos de motores lineales, existen dos alineaciones importantes: la distancia entre el motor y el imán (entre la bobina y la pista magnética) y la distancia entre el cabezal de lectura del codificador y la escala lineal. Este último criterio se elimina al seleccionar un codificador lineal encapsulado.

Consejos:

Los cojinetes de movimiento lineal deben proporcionar la precisión suficiente para cumplir con las tolerancias de holgura, mientras que los elementos de soporte deben diseñarse para espaciar adecuadamente los componentes y cumplir con los requisitos de paralelismo de los cojinetes lineales y el codificador.

Una vez que se cumplen estos criterios, la selección y el diseño de los rodamientos y los elementos de soporte dependen en última instancia de los requisitos de rendimiento de la máquina. Las aplicaciones que requieren alta exactitud y precisión necesitan un codificador de alta resolución y alta precisión, además de rodamientos lineales de alta precisión.

Al dimensionar estos rodamientos, tenga en cuenta la carga útil y las fuerzas de atracción magnética asociadas a los motores lineales con núcleo de hierro. En muchos casos, los elementos de soporte de los rodamientos lineales y las pistas magnéticas pueden estar integrados en la estructura de la máquina.