Los motores lineales han redefinido lo que es posible en el control de movimiento con un rendimiento más rápido, más preciso y más confiable en comparación con los actuadores lineales tradicionales de motor rotativo. La propiedad única de un motor lineal es que la carga se mueve sin componentes de transmisión de potencia mecánica. En cambio, la fuerza lineal generada por el campo magnético de la bobina del motor está directamente acoplada a la carga. Esto elimina los dispositivos mecánicos que convierten el movimiento rotativo en lineal, lo que mejora la vida, la precisión, la velocidad y el rendimiento general del sistema.

A medida que la demanda crece para una mayor productividad, una mayor calidad del producto, un rápido tiempo de desarrollo y menores costos de ingeniería, la adopción de tecnología de motor lineal es cada vez más popular al aprovechar los diseños modulares de motores lineales. Se encuentran en metrología, sistemas de corte de precisión, equipos de fabricación de semiconductores y electrónicos, manejo de obleas, litografía, sistemas de inspección de visión, equipos y dispositivos médicos, sistemas de prueba, aeroespacial y defensa, automatización de líneas de ensamblaje, aplicaciones de impresión y envasado, y muchas otras aplicaciones que requieren un alto rendimiento y un movimiento lineal de alta precisión.

Los componentes del diseño lineal del motor deben mecanizarse y ensamblarse con alta precisión y procesos repetibles. La alineación adecuada de estas piezas es crítica y requiere detalles de diseño significativos y habilidades de ensamblaje.

Hoy, la nueva generación de motores lineales modulares ha cambiado el juego. Los motores lineales modulares llave en mano se pueden atornillar fácilmente a un sistema y están listos para ejecutarse de inmediato, reduciendo significativamente el tiempo de ingeniería. Los ingenieros ahora pueden aprovechar los poderosos beneficios de la tecnología de motor lineal modular en los diseños de sus máquinas en los pocos días, en lugar de meses o incluso años.

Nueve componentes principales comprenden sistemas de motor lineal:

1. Una placa base
2. Una bobina de motor
3. Una pista magnética permanente (normalmente imanes de neodimio)
4. Un carro que conecta la bobina del motor a la carga
5. Rieles de rodamiento lineal en los que se guía el carro y se conecta a la base
6. Un codificador lineal para la retroalimentación de posición
7. Se detiene el final
8. Una pista de cable
9. Fuelles opcionales para proteger la vía magnética, el codificador y los rieles lineales de la contaminación ambiental.

Bucle de control

Los componentes del diseño lineal del motor deben mecanizarse y ensamblarse con alta precisión y procesos repetibles. La alineación adecuada de estas piezas es crítica y requiere detalles de diseño significativos y habilidades de ensamblaje. Por ejemplo, la pista magnética y la bobina del motor en movimiento deben ser planas, paralelas y montadas con un espacio de aire particular entre ellos. La bobina móvil se monta en un carro conectado a los rieles de rodamiento lineales de precisión paralela sobre la vía magnética. El codificador de posición con una escala lineal y una cabeza de lectura es otra parte crítica de un motor lineal que exige procedimientos de alineación adecuados y un diseño de montaje robusto para resistir aceleraciones de hasta 5 GS. Con motores lineales modulares, estos detalles ya se contabilizan y están pre-diseñados de la caja.

Los sistemas de motor lineal modular como el que se muestra se usa cuando se necesita movimiento lineal preciso, de alta velocidad y repetible. El sistema es una alternativa al tornillo de bola, al cinturón y a los actuadores de piñones y piñones.

Los controladores de movimiento sofisticados y las unidades de servo se utilizan para controlar el movimiento del motor lineal. Los motores lineales tienen una ventaja definitiva con respecto a la rigidez y la respuesta de frecuencia. En ciertos rangos de frecuencia, exhiben una rigidez que supera los tornillos de pelota tradicionales por un factor notable de 10 o más. Con este atributo, los motores lineales pueden manejar la alta posición y los anchos de banda de la velocidad-bucle con una precisión impresionante, incluso con perturbaciones externas. A diferencia de los tornillos de pelota, que a menudo encuentran frecuencias resonantes entre 10 y 100 Hz, los motores lineales funcionan a frecuencias más altas, colocando sus resonancias mucho más allá del ancho de banda de la bucle de posición.

Sin embargo, existe una compensación asociada con la eliminación de la transmisión mecánica. Los componentes mecánicos, como los tornillos de bola, ayudan a disminuir las perturbaciones de las fuerzas de la máquina, las frecuencias resonantes naturales o las vibraciones de eje cruzado. Su eliminación deja motores lineales directamente expuestos a tales interrupciones. En consecuencia, la compensación de estas perturbaciones se convierte en responsabilidad del controlador de movimiento y la electrónica de transmisión, que debe abordarlos de frente, actuando directamente en el eje del servo. Ahí es donde entran en juego los sofisticados algoritmos de movimiento de circuito cerrado de hoy para eliminar las resonancias y proporcionar un control de bucle de posición notable.

Dentro del ámbito de los actuadores lineales, los motores lineales proporcionan una destreza técnica excepcional. La capacidad de los motores para exhibir una rigidez superior y operar a frecuencias más altas los distingue de las alternativas tradicionales. Al desafiar las frecuencias resonantes y mantener una alta precisión incluso en presencia de interrupciones externas, los motores lineales ofrecen una solución convincente.

Sin embargo, la ausencia de transmisión mecánica requiere estrategias de compensación sólidas para contrarrestar las perturbaciones, asegurando el rendimiento y la confiabilidad continuos del sistema. Las frecuencias de muestreo del controlador de movimiento para la velocidad y los bucles de posición generalmente comienzan a 5 kHz. Un eje del motor lineal puede tener un ancho de banda de bucle de posición de cinco a diez veces que el de un eje giratorio giratorio convencional, donde 1 o 2 kHz de frecuencias son aceptables. Algunos controladores de movimiento actuales pueden probar velocidades de 20 kHz o más, lo que permite el control de retroalimentación de ultra alta velocidad y el control de ruta ultra precisión.

Dado que la mayoría de los fabricantes de motores lineales modulares también son control de movimiento y servo expertos, muchos desafíos de bucle de control y preocupaciones de resonancia mecánica también se han pensado bien, y se proporcionan soluciones y herramientas para mitigar estos desafíos.

Aplicación de motor lineal

Obtuve una valiosa experiencia utilizando motores lineales hace años, con un equipo de ingenieros que se embarcan en un proyecto revolucionario: crear la primera máquina de corte láser lineal basada en el motor del mundo. El uso de motores lineales era el ajuste perfecto para interrumpir la industria, ya que las tecnologías de actuador lineal tradicionales impulsadas por los servomotores rotativos no podían proporcionar las capacidades de alto rendimiento que se pueden lograr con motores lineales.

Implementar la tecnología no fue una tarea fácil. A medida que cavamos en el proyecto, nos dimos cuenta de que nuestra aplicación requería especificaciones lineales de rendimiento del motor que no estaban disponibles comercialmente. Sin inmutarse, decidimos diseñar motores lineales específicamente para nuestra aplicación.

Nos enfrentamos a numerosos desafíos, ya que necesitábamos mover un sistema de pórtico de 1,000 lbs a una velocidad rápida de 2.5 m/seg con 1,5 g de aceleración, lo que significa que tuvimos que diseñar un motor lineal que pudiera producir fuerzas extremas. Nuestro equipo perseveró, vertiendo innumerables horas en la investigación y el desarrollo hasta que finalmente ideamos un motor lineal que pudiera satisfacer las demandas de nuestra máquina de corte láser. Fue un momento orgulloso cuando finalmente vimos nuestros motores lineales en acción 14 meses después, impulsando el sistema de pórtico con una velocidad, facilidad y precisión increíbles. El rendimiento logrado no tenía precedentes. Es notable considerar cuánto más rápido podría haberse completado nuestro concepto de máquina si estuvieran disponibles motores lineales modulares llave en mano.

La tecnología de motor lineal ha evolucionado mucho desde que nos embarcamos en un viaje de diseño de motor lineal en los años 90. Con la introducción de nuevos diseños modulares, el potencial de innovación y progreso en el diseño de movimiento y los motores lineales es mayor que nunca. Los motores lineales modulares están redefiniendo lo que es posible, con capacidades de control de movimiento más rápidas, más precisas y confiables que pueden implementarse rápidamente para beneficiar a una amplia gama de aplicaciones en muchas industrias.