Stadi del motore lineare completo: compresa la piastra di base, il motore lineare, le guide lineari, l'encoder e i controlli.

Direct Drive Linear Servo Motors ha visto un aumento misurabile dell'adozione negli ultimi anni, grazie in parte alle richieste degli utenti finali per un throughput più elevato e una migliore precisione. E sebbene i motori lineari siano spesso riconosciuti per la loro capacità di fornire una combinazione di alte velocità, tratti lunghi e una precisione di posizionamento eccellente che non è possibile con altri meccanismi di guida, possono anche ottenere un movimento estremamente lento, liscio e preciso. In effetti, la tecnologia motoria lineare fornisce una così vasta gamma di capacità - forza di spinta, velocità, accelerazione, accuratezza del posizionamento e ripetibilità - che ci sono poche applicazioni per le quali i motori lineari non sono una soluzione adatta.

Le variazioni del motore lineari includono servi motori lineari, motori a passo -passo lineari, motori a induzione lineari e motori lineari del tubo di spinta. Quando un motore servo lineare è l'opzione migliore per un'applicazione, ecco tre cose da considerare durante la selezione del motore iniziale.

La considerazione "primaria": nucleo di ferro o ironia?
I servi motori a trazione diretta lineari sono disponibili in due tipi principali, nucleo di ferro o senza ferro, riferendosi al fatto che gli avvolgimenti nella parte primaria (analoghi allo statore in un motore rotante) sono montati in una pila di laminazione di ferro o in resina epossidica. Decidere se l'applicazione richiede un nucleo di ferro o un motore lineare senza ferro è in genere il primo passo nella progettazione e nella selezione.

I motori lineari del nucleo di ferro sono più adatti per applicazioni che richiedono forze di spinta estremamente elevate. Questo perché la laminazione della parte primaria contiene denti (sporgenze) che focalizzano il flusso elettromagnetico verso i magneti della parte secondaria (analogo al rotore in un motore rotante). Questa attrazione magnetica tra il ferro nella parte primaria e i magneti permanenti nella parte secondaria consente al motore di fornire forze alte.

I motori lineari senza ferro hanno generalmente capacità di forza di spinta più basse, quindi non sono adatti per i requisiti di spinta estremamente elevati trovati in applicazioni come la pressatura, la lavorazione o lo stampaggio. Ma eccellono all'assemblaggio e al trasporto ad alta velocità.

L'aspetto negativo del design del nucleo di ferro è l'ingranaggio, che degrada la levigatezza del movimento. Il cogging si verifica perché la progettazione scanalata della parte primaria fa sì che abbia posizioni "preferite" mentre viaggia lungo i magneti della parte secondaria. Per superare la tendenza del primario ad allinearsi con i magneti del secondario, il motore deve produrre più forza, che provoca una ondulazione di velocità, indicata come ingranaggio. Questa variazione della forza di forza e velocità degrada la fluidità del movimento, che può essere un problema significativo nelle applicazioni in cui la qualità del movimento durante il viaggio (non solo l'accuratezza del posizionamento finale) è importante.

Esistono numerosi metodi che i produttori utilizzano per ridurre l'ingranaggio. Un approccio comune è quello di distorcere la posizione dei magneti (o dei denti), creando transizioni più fluide mentre i denti primari viaggiano attraverso i magneti secondari. Un effetto simile può essere ottenuto cambiando la forma dei magneti in un ottagono allungato.

Un altro metodo per ridurre l'ingranaggio è indicato come avvolgimento frazionario. In questo design, il primario contiene più denti di laminazione di quanti vi siano magneti nel secondario e lo stack di laminazione ha una forma speciale. Insieme, queste due modifiche funzionano per annullare le forze di ingresso. E, naturalmente, il software offre sempre una soluzione. Gli algoritmi anti-cogging consentono al servomotore e ai controller di regolare la corrente fornita alle primarie in modo che le variazioni di forza e velocità siano ridotte al minimo.

I motori lineari senza ironia non sperimentano ingranaggi, poiché le loro bobine primarie sono incapsulate in epossidico, piuttosto che essere avvolte attorno a una laminazione in acciaio. E i servi motori lineari senza ferro hanno una massa più bassa (epossidico è più leggero, sebbene meno rigido rispetto all'acciaio), consentendo loro di ottenere alcuni dei più alti valori di accelerazione, decelerazione e massima velocità presenti nei sistemi elettromeccanici. I tempi di insediamento sono in genere migliori (più bassi) per i motori senza ferro rispetto anche alle versioni del nucleo di ferro. La mancanza di acciaio nella mancanza primaria e associata di ondulazione di cogging o velocità, significa anche che i motori lineari senza ferro possono fornire un movimento molto lento e costante, in genere con una variazione di velocità inferiore allo 0,01 percento.

Che livello di integrazione?
Come i motori rotanti, i servi motori lineari sono solo un componente in un sistema di movimento. Un sistema a motore lineare completo richiede anche cuscinetti per supportare e guidare il carico, la gestione dei cavi, il feedback (in genere un encoder lineare) e un servomole e un controller. OEM e costruttori di macchine di grande esperienza, o coloro che hanno requisiti di progettazione o prestazioni davvero unici, possono costruire un sistema completo con capacità interne e componenti standard di vari produttori.

La progettazione del sistema di motori lineari è probabilmente più semplice della progettazione di sistemi basati su cinture, rack e pignoni o viti. Ci sono meno componenti e meno fasi di assemblaggio ad alta intensità di lavoro (nessuna allineamento dei supporti a vite a sfera o del tensionamento delle cinture). E i motori lineari non sono contatti, quindi i progettisti non devono preoccuparsi di prevedere disposizioni per lubrificazione, regolazioni o altra manutenzione dell'unità di azionamento. Ma per quegli OEM e i costruttori di macchine che sono alla ricerca di una soluzione chiavi in ​​mano, ci sono una miriade di opzioni per attuatori a motore lineare completi, fasi di alta precisione e persino sistemi cartesiani e a cavalletto.

L'ambiente è adatto per un motore lineare?
I motori lineari sono spesso la soluzione preferita in ambienti difficili, come camere pulite e ambienti a vuoto, poiché hanno meno parti mobili e possono essere abbinati a quasi tutti i tipi di guida lineare o gestione dei cavi per soddisfare la generazione di particelle, il degassamento e i requisiti di temperatura dell'applicazione. E in casi estremi, la secondaria (pista magnetica) può essere utilizzata come parte in movimento, con la parte principale (avvolgimenti, compresi i cavi e la gestione dei cavi) rimanenti.

Ma se l'ambiente sarà costituito da trucioli di metallo, polvere metallica o particelle di metallo, un servo motore lineare potrebbe non essere l'opzione migliore. Ciò è particolarmente vero per i motori lineari del nucleo di ferro perché il loro design è intrinsecamente aperto, lasciando la pista magnetica esposta alla contaminazione. Il design semi-chiuso di motori lineari senza ferro fornisce una migliore protezione, ma si dovrebbe prestare attenzione per garantire che la fessura nella parte secondaria non sia direttamente esposta alle fonti di contaminazione. Esistono opzioni di progettazione per racchiudere sia il nucleo di ferro che i motori lineari senza ferro, ma questi possono ridurre la capacità di un motore di dissipare il calore, tradendo potenzialmente un problema per un altro.