Los motores lineales están proliferando. Le dan a las máquinas la mayor precisión absoluta y el rendimiento dinámico.

Los motores lineales son muy rápidos y precisos para el posicionamiento, pero también son capaces de una velocidad lenta y constante para las cabezas y toboganes, así como herramientas y sistemas de manejo parcial. Una variedad de aplicaciones (cirugía láser, inspección de visión y manejo de botellas y equipaje) usan motores lineales porque son extremadamente confiables, requieren poco mantenimiento y mejoran los ciclos de producción.

Mayor velocidad y fuerza

Los motores lineales están directamente acoplados a su carga, lo que elimina una gran cantidad de componentes de acoplamiento: acoplamientos mecánicos, poleas, correas de sincronización, tornillos de bolas, unidades de cadena y estante y piñones, por nombrar algunos. Esto a su vez reduce los costos e incluso la reacción violenta. Los motores lineales también permiten un movimiento consistente, posicionamiento de precisión para cientos de millones de ciclos y velocidades más altas.

Las velocidades típicas alcanzables con motores lineales varían: las máquinas de selección y colocación (que hacen muchos movimientos cortos) y uso de equipos de inspecciónsteppers linealescon velocidades a 60 in./sec; Aplicaciones de cizallamiento volador y seleccionar y colocar máquinas que hacen que se usen movimientos más largossin escobillasmotores lineales para velocidades a 200 pulgadas/sec; Posabras de rodillos, lanzadores de vehículos y personas que usan linealinducción de ACMotores para alcanzar velocidades a 2,000 pulgadas.

Otro factor que determina qué tecnología lineal-motora es mejor: la fuerza requerida para mover la carga de la aplicación. La carga o masa junto con el perfil de aceleración de la aplicación finalmente determinan esta fuerza.

Cada aplicación presenta diferentes desafíos; Sin embargo, en general, los sistemas de transferencia parcial utilizan esteperios lineales con fuerzas a 220 N o 50 lb; Semiconductor, corte con láser, corte de chorro de agua y robótica utilizan motores sin cepillo sin cepillo a 2,500 N; Los sistemas transportadores utilizan motores de inducción de CA lineal a 2,200 N; y transferir la línea y las máquinas herramientas utilizan motores sin escobillas de hierro a 14,000 N. Tenga en cuenta que cada aplicación es diferente y que los ingenieros de aplicaciones de fabricantes generalmente brindan asistencia en este paso de especificación.

Existen otros factores además de la velocidad y la fuerza. Por ejemplo, los sistemas transportadores utilizan motores de inducción de aire acondicionado lineal debido a su larga longitud de viaje y las ventajas de tener una secundaria pasiva sin imanes permanentes. Las aplicaciones como la cirugía ocular láser y la fabricación de semiconductores utilizan sin cepillo sin cepillo para la precisión y la suavidad de los viajes.

Operación básica

Los motores lineales funcionan a través de la interacción de dos fuerzas de electromagnet, la misma interacción básica que produce torque en un motor giratorio.

Imagine cortar un motor giratorio y luego aplanarlo: esto da una idea aproximada de la geometría de un motor lineal. En lugar de la carga de acoplamiento a un eje giratorio para el par, la carga está conectada a un automóvil en movimiento plano para el movimiento lineal y la fuerza. En resumen, el par es la expresión de trabajo que proporciona un motor rotativo, mientras que la fuerza es la expresión del trabajo del motor lineal.

Exactitud

Consideremos primero un sistema paso a paso giratorio tradicional: conectado a un tornillo de pelota con un tono de 5 revoluciones por pulgada, la precisión es de aproximadamente 0.004 a 0.008 pulg., O.1 de 0.1 a 0.2 mm. Un sistema rotativo alimentado por un servomotor es preciso a 0.001 a 0.0001 pulg.

Por el contrario, un motor lineal junto directamente a su carga da una precisión que varía de 0.0007 a 0.000008 pulg. Tenga en cuenta que el acoplamiento y la reacción violenta del tornillo de bolas no se incluyen en estas cifras, y estos degradan aún más la precisión de los sistemas rotativos.

La precisión relativa varía: el típico paso rotario que detallamos aquí aún puede posicionarse con precisión dentro del diámetro de un cabello humano. Dicho esto, los servos mejoran esto en un factor de hasta 80 veces, mientras que un motor lineal puede mejorar esto, a 500 veces más pequeño que el diámetro del cabello humano.

A veces, el mantenimiento y el costo (durante la vida del equipo) son consideraciones más importantes que la precisión. Los motores lineales también se destacan aquí: los costos de mantenimiento generalmente disminuyen con el uso de motores lineales, ya que las piezas no contactas mejoran la operación de la máquina y aumentan el tiempo medio entre fallas. Además, la reacción de cero reacción de motores lineales elimina el choque, que extiende aún más la vida útil de la máquina. Otros beneficios: se puede aumentar el tiempo entre los ciclos de mantenimiento, lo que permite un mayor flujo operativo. Menos mantenimiento y personal involucrado mejoran el resultado final (ganancias) y reducen el costo de propiedad sobre la vida útil del equipo.

Beneficios comparados

Las aplicaciones requieren movimiento lineal. Si usa un motor rotativo, entonces es necesario un mecanismo de conversión mecánica para convertir el rotario en movimiento lineal. Aquí, los diseñadores seleccionan el mecanismo de conversión más adecuado para la aplicación al tiempo que minimizan las limitaciones.

• Motor lineal versus correa y polea:Para obtener movimiento lineal de un motor giratorio, un enfoque común es usar una correa y una polea. Típicamente, la fuerza de empuje está limitada por la resistencia a la tracción del cinturón; Los inicios rápidos y las paradas pueden causar estiramiento del cinturón y, por lo tanto, resonancia, lo que resulta en un mayor tiempo de asentamiento. El estiramiento mecánico de bobina, reacción y la correa también reducen la repetibilidad, la precisión y el rendimiento de la máquina. Debido a que la velocidad y la repetibilidad son el nombre del juego en Servo Motion, esta no es la mejor opción. Donde un diseño de pulido de cinturón puede alcanzar 3 m/seg, el lineal puede alcanzar 10 m/seg. Sin ninguna reacción o destartalada, los motores lineales de conducción directa aumentan aún más la repetibilidad y la precisión.
• Motor lineal versus estantería y piñón:El bastidor y los piñones proporcionan más rigidez mecánica y de empuje que los diseños de cinturón y pulido. Sin embargo, el desgaste bidireccional con el tiempo conduce a cuestionables repetibles e inexactitudes, los principales inconvenientes de este mecanismo. La reacción de la reacción evita que la retroalimentación del motor detecte la posición de carga real, lo que lleva a la inestabilidad, y forzan ganancias más bajas y un rendimiento general más lento. En el contrario, las máquinas alimentadas por motores lineales son más rápidas y se colocan con mayor precisión.
• Motor lineal versus tornillo de bolas:El enfoque más común para convertir el movimiento rotativo en movimiento lineal es usar un plomo o un tornillo de bolas. Estos son económicos pero menos eficientes: los tornillos de plomo típicamente del 50% o menos, y los tornillos de pelota, alrededor del 90%. La alta fricción produce calor, y el desgaste a largo plazo reduce la precisión. La distancia de viaje es mecánicamente limitada. Además, los límites de velocidad lineal solo se pueden extender aumentando el tono, pero esto degrada la resolución posicional; La velocidad de rotación demasiado alta también puede hacer que los tornillos se lanzarán, lo que resulta en vibraciones. Los motores lineales dan un viaje largo e ilimitado. Con un codificador en la carga, la precisión a largo plazo es típicamente ± 5 µm/300 mm.

Tipos básicos de motor lineal

Como hay diferentes tecnologías de motor rotativo, también existen varios tipos de motor lineal: inducción de AC paso a paso, sin escobillas y lineal, entre otros. Tenga en cuenta que la tecnología lineal utiliza unidades (amplificadores) más posicionadores (controladores de movimiento) y dispositivos de retroalimentación (como sensores de pasillo y codificadores) comúnmente disponibles en la industria.

Muchos diseños se benefician de motores lineales personalizados, pero los diseños de existencias suelen ser adecuados.

Motores lineales sin núcleo de hierrose caracterizan por la laminación de acero en el Forcer en movimiento para canalizar el flujo magnético. Este tipo de motor tiene clasificaciones de fuerza más altas y es más eficiente, pero pesa de tres a cinco veces más que los motores sin copa de tamaño comparable. La platina estacionaria consiste en imanes permanentes de polaridad alternos de varios polos unidos en una placa de acero de níquel. Sin embargo, las laminaciones de acero en el Forcer en movimiento reaccionan con los imanes en la platina estacionaria, que desarrollan una fuerza "atractiva" y exhiben una pequeña cantidad de engranaje o ondulación a medida que el motor se mueve de un campo de imanes a otro, lo que resulta en variaciones de velocidad.

Estos motores desarrollan una gran cantidad de fuerza máxima, tienen una mayor masa térmica y una larga constante de tiempo térmico, por lo que son adecuados para aplicaciones de ciclo de servicio intermitentes de alta fuerza que se mueven cargas muy pesadas, como en líneas de transferencia y máquinas herramientas; Están diseñados para viajes ilimitados y pueden incluir múltiples placas en movimiento con trayectorias superpuestas.

Motores sin cepillo sin cepilloTener un conjunto de bobina en el Forcer en movimiento sin laminaciones de acero. La bobina consiste en una estructura de soporte de alambre, epoxi y no magnética. Esta unidad es mucho más ligera en peso. El diseño básico produce una menor cantidad de fuerza, por lo que se insertan imanes adicionales en la pista estacionaria (ayuda para aumentar la fuerza) y la pista tiene forma de U imanes a cada lado de esta U. El Forter se inserta en el medio de la U.

Estos motores son adecuados para aplicaciones que requieren un funcionamiento suave sin engranajes magnéticos, como el escaneo o el equipo de inspección. Sus aceleraciones más altas son útiles en la elección y el lugar de semiconductores, la clasificación de chips y la dispensación de soldadura y adhesivos. Estos motores están diseñados para viajes ilimitados.

Steppers linealeshan estado disponibles durante mucho tiempo; El Forcer en movimiento consiste en núcleos de acero laminado ranurados con dientes, un solo imán permanente y bobinas insertadas en el núcleo laminado. (Tenga en cuenta que dos bobinas dan como resultado un paso a paso de dos fases). Este ensamblaje está encapsulado en una carcasa de aluminio.

La platina estacionaria consiste en dientes grabados fotoquímicamente en una barra de acero, tierra y níquel. Esto se puede apilar de extremo a extremo para una longitud ilimitada. El motor viene completo con Forcer, Rodings y Platen. La fuerza atractiva del imán se usa como una precarga para los rodamientos; También permite que la unidad se opere en una posición invertida para una variedad de aplicaciones.

Motores de inducción de ACConsiste en un Forcer que es un conjunto de bobina compuesto por laminaciones de acero y devanados de fase. Los devanados pueden ser solteros o trifásicos. Esto permite el control directo en línea o el control a través de una unidad de inversor o vector. La platina estacionaria (llamada placa de reacción) generalmente consiste en una capa delgada de aluminio o cobre unido sobre acero enrollado.

Una vez que la bobina de Forcer está energizada, interactúa con la placa de reacción y se mueve. Las velocidades más altas y las longitudes de viaje ilimitadas son las fortalezas de este diseño; Se usan para el manejo de materiales, motores de personas, transportadores y puertas deslizantes.

Nuevos conceptos de diseño

Algunas de las últimas mejoras de diseño se han implementado a través de la reingeniería. Por ejemplo, algunos motores paso a paso lineales (originalmente diseñados para proporcionar movimiento en un plano) ahora se aconsejan para proporcionar movimiento en dos planos, para el movimiento XY. Aquí, el Fortcer en movimiento consta de dos Steppers lineales montados ortogonalmente a 90 ° para que uno proporcione movimiento del eje X, y el otro proporciona movimiento del eje Y. También son posibles múltiples forzadores con trayectorias superpuestas.

En estos motores de dos planos, la plataforma estacionaria (o platina) utiliza una nueva construcción compuesta para la resistencia. La rigidez también se mejora, por lo que la deflexión se reduce en un 60 a 80% en comparación con los modelos de producción anteriores. La planitud platina excede los 14 micras por cada 300 mm para un movimiento preciso. Finalmente: debido a que los estepre tienen una fuerza atractiva natural, este concepto permite que la platina se monte boca arriba o invertida, proporcionando así versatilidad y flexibilidad para las aplicaciones.

Otra innovación de ingeniería, enfriamiento de agua, extiende la capacidad de fuerza de los motores de inducción de AC lineal en un 25%. Con esta extensión de capacidad, así como el beneficio de la longitud de viaje ilimitada, los motores de inducción de CA proporcionan el mayor rendimiento para muchas aplicaciones: atracciones de diversiones, manejo de equipaje y mudanzas de personas. La velocidad es variable (de 6 a 2,000 in./sec) a través de unidades de velocidad ajustables actualmente disponibles en la industria.

Otro motor incluye una carcasa cilíndrica estacionaria con una pieza de movimiento lineal para proporcionar movimiento. La parte móvil puede ser una varilla que consiste en acero cubierto de cobre, una bobina móvil o un imán en movimiento, como un pistón dentro de un cilindro.

Estos diseños proporcionan los beneficios del motor lineal y se desempeñan similar a un actuador lineal. Las aplicaciones incluyen colonoscopias biomédicas, cámaras con actuadores de obturadores largos, telescopios que requieren amortiguación de vibraciones, motores de enfoque de litografía, engranajes de interruptor de generador que arrojan interruptores para poner generadores en línea y presionar alimentos, como al eliminar las tortillas.

Los paquetes o etapas de motor lineal completos son adecuados para posicionar las cargas útiles. Estos consisten en motor, codificador de retroalimentación, interruptores de límite y portador de cables. Es posible apilar etapas para el movimiento de múltiples eje.

Una ventaja de las etapas lineales es su perfil más bajo, lo que les permite caber en espacios más pequeños en comparación con los posicionadores convencionales. Menos componentes hacen una mayor confiabilidad. Aquí, el motor está conectado a unidades regulares. En una operación de circuito cerrado, el bucle de posición se cierra con un controlador de movimiento.

Nuevamente, además de los productos de stock, abundan los diseños personalizados y especializados. Al final, es mejor revisar las necesidades de equipos con un ingeniero de aplicaciones para determinar el producto lineal óptimo adecuado para las necesidades de aplicación.