Configuración típica del diseño del sistema de movimiento

El movimiento lineal es fundamental para muchas máquinas en movimiento y la naturaleza de accionamiento directo de los motores lineales puede simplificar el diseño general de la máquina en estas aplicaciones. Otros beneficios incluyen una mayor rigidez, porque los motores lineales se fijan directamente a la carga.

Integrar estos motores (y los componentes periféricos que requieren) puede parecer desalentador, pero el proceso se puede dividir en cinco sencillos pasos. Seguir este proceso paso a paso permite a los fabricantes de máquinas y robots obtener los beneficios de los motores lineales sin esfuerzos ni complejidades superfluos.

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

El primer paso es 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. Núcleo de hierro se refiere a la construcción de la bobina de este motor, que consta de laminaciones de núcleo de hierro. Una configuración típica consta de una pista magnética estacionaria de un solo lado y una bobina o forzador de motor 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 se puede utilizar para aumentar eficazmente la rigidez del sistema de guía lineal precargando los cojinetes de movimiento lineal. La precarga magnética también puede aumentar la respuesta de frecuencia del sistema al mejorar la desaceleración y el asentamiento.

Por otro lado, la fuerza de atracción debe ser soportada adecuadamente por una mayor capacidad de carga de los miembros de soporte y cojinetes lineales. Esto puede degradar 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 estacionarias colocadas a cada lado de la bobina móvil. Esta construcción patentada anula los efectos de la atracción magnética y al mismo tiempo ofrece la mayor fuerza por área de sección transversal. El diseño equilibrado reduce la carga de los rodamientos, lo que permite el uso de rodamientos de movimiento lineal más pequeños y reduce el ruido de los rodamientos.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 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 hierro más común es el canal en U: dos pistas magnéticas se unen para formar un canal en el que se mueve la bobina del motor (o fuerza). Este motor es ideal para aplicaciones que requieren ondulación de baja velocidad y alta aceleración. La fuerza de atracción cero y la naturaleza de engranaje cero de la construcción sin hierro minimizan la ondulación del torque; La aceleración aumenta porque la bobina es relativamente liviana.

Una segunda configuración sin hierro tiene forma de cilindro. Los imanes están apilados dentro de un tubo de acero inoxidable y la bobina del motor se mueve alrededor del cilindro. Esta configuración es adecuada al reemplazar husillos de bolas, ya que produce velocidades y precisión de posicionamiento mucho más altas en aproximadamente la misma envolvente.

Tamaño 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 objetivo, ciclo de trabajo, exactitud, precisión, vida útil y entorno operativo. Consejo: solicite asistencia técnica de fabricantes de motores lineales y software de dimensionamiento (que suele ser gratuito) para seleccionar el mejor tipo y tamaño de motor para una aplicación en particular.

Las secciones de pista magnética se ofrecen en varias longitudes y se pueden apilar de un extremo a otro para lograr la longitud de recorrido objetivo, siendo la longitud total del imán prácticamente ilimitada. Para simplificar el diseño y reducir costos, es mejor utilizar las secciones de riel magnético de mayor longitud disponibles del fabricante.

2. Decídete por un codificador

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 cabezal de lectura ópticos o magnéticos. Seleccione un codificador con la resolución y precisión requeridas para la aplicación y uno que sea adecuado para el entorno de la máquina.

La retroalimentación del codificador generalmente se envía de regreso al servoamplificador a través de un tren de pulsos analógico sinusoidal o digital. Otra opción es la retroalimentación del codificador en serie de alta velocidad, que proporciona velocidades de datos más altas, resolución de bits más alta, mayor inmunidad al ruido, longitudes de cable más largas e información de alarma completa.

Las comunicaciones en serie se conectan de dos maneras.

La comunicación directa entre el amplificador y el codificador es posible con codificadores que cuentan con un protocolo de codificador en serie compatible con el amplificador.

Cuando un codificador no tiene salida en serie (o cuando el protocolo de salida en serie es incompatible con el amplificador), se puede utilizar un módulo convertidor en serie. En este caso, el módulo acepta una señal analógica del codificador junto con la señal del sensor Hall, subdivide la señal analógica y transmite estos datos de señal en serie al servoamplificador. Los datos del sensor Hall se utilizan en el encendido y para verificar la retroalimentación del codificador.

Varios fabricantes de codificadores lineales ofrecen ahora codificadores lineales absolutos que admiten una variedad de protocolos de comunicación en serie, incluidos protocolos propietarios de otros fabricantes de amplificadores.

3. Elige el amplificador

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

Plug and play es una característica que sólo pueden ofrecer los proveedores que fabrican servomotores y amplificadores. Algunos proveedores ofrecen plug and play para reducir el tiempo de inicio y garantizar la configuración adecuada.

Algunos servoamplificadores cuentan con reconocimiento automático del motor y un modo sin sintonización, lo que elimina la necesidad de sintonizar el servosistema. Con este software, las especificaciones del motor (incluidas las características de sobrecarga) se cargan automáticamente al servoamplificador desde el motor en el momento del encendido. Esto elimina posibles errores del usuario al ingresar las especificaciones del motor, eliminando virtualmente el riesgo de descontrol del motor y errores de fase.

4. Seleccionar miembros de soporte y cojinetes.

Los dos pasos finales del diseño van de la mano para completar el diseño del sistema de motor lineal: el cuarto paso es seleccionar un sistema de rodamientos de movimiento lineal y el quinto es diseñar los miembros de soporte.

Hay dos alineaciones importantes en la mayoría de los conjuntos de motores lineales: la distancia de separación entre el motor y el imán entre la bobina y la pista del imán, y la distancia de separación entre el cabezal de lectura del codificador y la escala lineal. Este último criterio se elimina al seleccionar un codificador lineal cerrado.

Consejos:

Los cojinetes de movimiento lineal deben proporcionar suficiente precisión para cumplir con las tolerancias de espacio, mientras que los miembros 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 cojinetes y miembros de soporte depende 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 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 con los motores lineales con núcleo de hierro. En muchos casos, los miembros de soporte de los cojinetes lineales y las pistas magnéticas pueden ser integrales al bastidor de la máquina.