Diseño de configuración típica de un sistema de movimiento

El movimiento lineal es fundamental en muchas máquinas móviles, y la transmisión directa 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 complejo, 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: con núcleo de hierro o sin núcleo de 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 hierro. Una configuración típica consta de 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 al optimizar la desaceleración y el asentamiento.

Por otro lado, la fuerza de atracción debe estar debidamente soportada por una mayor capacidad de carga proveniente 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 colocadas a ambos lados de la bobina móvil. Esta construcción patentada anula los efectos de la atracción magnética y proporciona la mayor fuerza por unidad de área transversal. El diseño equilibrado reduce la carga sobre los cojinetes, lo que permite el uso de cojinetes de movimiento lineal más pequeños y disminuye el ruido de los mismos.

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 más común de motor sin núcleo de hierro es el de canal en U: dos pistas magnéticas se unen para formar un canal por donde se mueve la bobina (o actuador) del motor. 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 engranaje, características de su construcción sin núcleo de hierro, minimizan la ondulación de par; la aceleración aumenta debido al peso relativamente ligero de la bobina.

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 idónea para sustituir husillos de bolas, ya que ofrece 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, las bobinas de todos 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 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 su aplicación.

Los tramos de riel magnético se ofrecen en varias longitudes y se pueden apilar extremo con extremo para lograr la longitud de recorrido deseada, siendo la longitud total del imán prácticamente ilimitada. Para simplificar el diseño y reducir costos, se recomienda utilizar los tramos de riel magnético de mayor longitud disponibles del fabricante.

2. Decida qué codificador usar.

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

La señal de retroalimentación del codificador se suele enviar al servoamplificador mediante una señal analógica sinusoidal o un tren de pulsos digitales. Otra opción es la retroalimentación de un codificador serie de alta velocidad, que ofrece mayor velocidad de transmisión de datos, mayor resolución de bits, mayor inmunidad al ruido, mayor longitud de cable e información de alarma completa.

Las comunicaciones seriales se conectan de dos maneras.

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

Cuando un codificador no tiene salida serie (o cuando el protocolo de salida serie es incompatible con el amplificador), se puede utilizar un módulo convertidor serie. 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 de señal en serie al servoamplificador. 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 una variedad de protocolos de comunicación serial, 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 servoamplificador. El amplificador debe tener el tamaño adecuado según el motor.

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

Algunos servoamplificadores incorporan reconocimiento automático del motor y un modo sin ajuste, lo que elimina la necesidad de calibrar el sistema. Con este software, las especificaciones del motor (incluidas las características de sobrecarga) se cargan automáticamente al servoamplificador desde el motor al encenderlo. Esto elimina posibles errores del usuario al introducir las especificaciones del motor, lo que prácticamente elimina el riesgo de sobrecalentamiento y errores de fase.

4. Seleccionar los elementos de soporte y los cojinetes

Los dos pasos finales 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 encoder y la escala lineal. Este último criterio se elimina al seleccionar un encoder 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 cumplidos estos criterios, la selección y el diseño de los cojinetes y 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 exactitud, además de cojinetes lineales de alta precisión.

Al dimensionar estos cojinetes, 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 cojinetes lineales y las pistas magnéticas pueden formar parte integral de la estructura de la máquina.