Configuración típica del diseño del sistema de movimiento

El movimiento lineal es fundamental para 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 se fijan directamente a la carga.

Integrar estos motores (y los componentes periféricos que requieren) puede parecer abrumador, pero el proceso se puede resumir en cinco sencillos pasos. Seguir este proceso paso a paso permite a los fabricantes de máquinas y robots aprovechar las ventajas de los motores lineales sin esfuerzo ni complejidad adicionales.

1. Determine el tipo de motor: núcleo de hierro versus 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. El término "núcleo de hierro" se refiere a la construcción de la bobina de este motor, que consiste en láminas de núcleo de hierro. Una configuración típica consiste en 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 mediante la precarga de los rodamientos de movimiento lineal. La precarga magnética también puede optimizar la respuesta de frecuencia del sistema al mejorar la desaceleración y el asentamiento.

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

Una segunda configuración de motor lineal con núcleo de hierro consiste en un par de pistas magnéticas estacionarias colocadas a ambos lados de la bobina móvil. Esta construcción patentada neutraliza los efectos de la atracción magnética, a la vez que proporciona la máxima fuerza por sección transversal. El diseño equilibrado reduce la carga sobre los rodamientos, lo que permite el uso de rodamientos de movimiento lineal más pequeños y reduce el ruido.

Motionsystemdesign Com Motores 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 de canal U: dos pistas magnéticas se unen para formar un canal en el que se mueve la bobina del motor (o forzador). Este motor es ideal para aplicaciones que requieren baja ondulación de velocidad y alta aceleración. La ausencia de fuerza de atracción y de cogging en la construcción sin hierro minimiza la ondulación del par; la aceleración aumenta gracias al peso relativamente ligero de la bobina.

Una segunda configuración sin hierro tiene forma de cilindro. 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 mucho mayores y precisión de posicionamiento en prácticamente el mismo rango.

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 objetivo, ciclo de trabajo, precisión, vida útil y entorno operativo. Consejo: Solicite asistencia técnica a los fabricantes de motores lineales y un software de dimensionamiento (que suele ser gratuito) para seleccionar el tipo y tamaño de motor más adecuados para una aplicación específica.

Las secciones de riel magnético se ofrecen en varias longitudes y pueden apilarse unas con otras para alcanzar la longitud de recorrido deseada, siendo la longitud total del imán prácticamente ilimitada. Para simplificar el diseño y reducir costos, se recomienda utilizar las secciones de riel magnético más largas disponibles del fabricante.

2. Decide qué codificador usarás

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 ópticos o magnéticos en el cabezal de lectura. 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 envía normalmente al servoamplificador mediante un tren de pulsos analógico sinusoidal o digital. Otra opción es la retroalimentación del codificador serie de alta velocidad, que proporciona mayores velocidades de datos, mayor resolución de bits, mayor inmunidad al ruido, mayor longitud de cable e información completa sobre alarmas.

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 serial compatible con el amplificador.

Si un codificador no tiene salida serial (o si el protocolo de salida serial es incompatible con el amplificador), se puede utilizar un módulo convertidor serial. En este caso, el módulo acepta una señal analógica del codificador junto con la señal del sensor Hall, la subdivide y transmite los datos de esta señal en serie al servoamplificador. Los datos del sensor Hall se utilizan al encender el dispositivo 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 fabricantes de amplificadores de terceros.

3. Elige el amplificador

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

Plug and play es una función que solo ofrecen los proveedores que fabrican servomotores y amplificadores. Algunos proveedores ofrecen esta función para reducir el tiempo de arranque y garantizar una configuración correcta.

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 al encenderse. Esto elimina posibles errores del usuario al introducir las especificaciones del motor, eliminando prácticamente el riesgo de embalamientos y errores de fase.

4. Seleccione los elementos de soporte y los cojinetes

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

Existen dos alineaciones importantes en la mayoría de los conjuntos de motores lineales: 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 cerrado.

Consejos:

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

Una vez cumplidos estos criterios, la selección y el diseño de los rodamientos y elementos de soporte dependen en última instancia de los requisitos de rendimiento de la máquina. Las aplicaciones que requieren alta precisión y exactitud requieren 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 elementos de soporte de los rodamientos lineales y las pistas magnéticas pueden estar integrados en el bastidor de la máquina.