Configurazione tipica della progettazione del sistema di movimento

Il movimento lineare è fondamentale per molte macchine in movimento e la natura ad azionamento diretto dei motori lineari può semplificare la progettazione complessiva della macchina in queste applicazioni. Altri vantaggi includono una maggiore rigidità, poiché i motori lineari sono fissati direttamente al carico.

L'integrazione di questi motori (e dei componenti periferici che richiedono) può sembrare scoraggiante, ma il processo può essere suddiviso in cinque semplici passaggi. Seguire questo processo passo dopo passo consente ai costruttori di macchine e robot di sfruttare i vantaggi dei motori lineari senza sforzi o complessità inutili.

1. Determinare il tipo di motore: nucleo in ferro o senza ferro

Il primo passo è selezionare il motore lineare tra i tipi disponibili.

Motori con nucleo in ferro: i motori con nucleo in ferro sono i più comuni e adatti per applicazioni di automazione generali. Il nucleo in ferro si riferisce alla struttura della bobina di questo motore, che consiste in laminazioni con nucleo in ferro. Una configurazione tipica è costituita da una pista magnetica fissa su un solo lato e da una bobina o forzante del motore mobile. Il nucleo di ferro massimizza la forza di spinta generata e crea una forza di attrazione magnetica tra la bobina e i magneti.

Questa forza di attrazione magnetica può essere utilizzata per aumentare efficacemente la rigidità del sistema di guida lineare precaricando i cuscinetti del movimento lineare. Il precarico magnetico può anche potenziare la risposta in frequenza del sistema migliorando la decelerazione e l'assestamento.

D'altro canto, la forza di attrazione deve essere adeguatamente supportata dalla maggiore capacità di carico degli elementi di supporto e dei cuscinetti lineari. Ciò potrebbe ridurre la libertà di progettazione meccanica della macchina.

Una seconda configurazione di motore lineare con nucleo in ferro è costituita da una coppia di piste magnetiche stazionarie posizionate su entrambi i lati della bobina mobile. Questa struttura brevettata annulla gli effetti dell'attrazione magnetica fornendo allo stesso tempo la massima forza per area della sezione trasversale. Il design bilanciato riduce il carico sui cuscinetti, consentendo l'uso di cuscinetti per movimenti lineari più piccoli e diminuendo il rumore dei cuscinetti.

Motionsystemdesign Com Motori Azionamenti 0111 Vantaggi Motori ironless: Esistono anche motori lineari ironless; questi motori non hanno ferro nelle bobine, quindi non c'è attrazione tra i membri del motore.

Il tipo senza ferro più comune è il canale a U: due piste magnetiche sono unite per formare un canale in cui si muove la bobina del motore (o forzante). Questo motore è ideale per applicazioni che richiedono un'ondulazione a bassa velocità e un'accelerazione elevata. La forza di attrazione zero e la natura senza cogging della struttura priva di ferro riducono al minimo l'ondulazione della coppia; l'accelerazione è aumentata perché la bobina è relativamente leggera.

Una seconda configurazione senza ferro ha la forma di un cilindro. I magneti sono impilati all'interno di un tubo di acciaio inossidabile e la bobina del motore si muove attorno al cilindro. Questa configurazione è adatta quando si sostituiscono le viti a ricircolo di sfere, poiché produce velocità e precisione di posizionamento molto più elevate all'incirca nello stesso ingombro.

Dimensioni della bobina e lunghezza della traccia

Indipendentemente dalla configurazione, tutte le bobine dei motori lineari devono essere dimensionate in base ai requisiti dell'applicazione: carico applicato, profilo di movimento target, ciclo di lavoro, accuratezza, precisione, durata di servizio e ambiente operativo. Suggerimento: avvalersi del supporto tecnico dei produttori di motori lineari e del software di dimensionamento (spesso gratuito) per selezionare il tipo e le dimensioni del motore migliori per una particolare applicazione.

Le sezioni della pista magnetica sono disponibili in diverse lunghezze e possono essere impilate l'una accanto all'altra per raggiungere la lunghezza di corsa desiderata, mentre la lunghezza totale del magnete è praticamente illimitata. Per semplificare la progettazione e ridurre i costi, è meglio utilizzare le sezioni di pista magnetica più lunghe disponibili presso il produttore.

2. Decidere un codificatore

Il secondo passo nella progettazione di un sistema di motori lineari è la selezione dell'encoder lineare. I più comuni sono gli encoder lineari incrementali con sensori di lettura ottici o magnetici. Selezionare un encoder con la risoluzione e la precisione richieste per l'applicazione e adatto all'ambiente della macchina.

Il feedback dell'encoder viene generalmente rinviato al servoamplificatore tramite un treno di impulsi sinusoidale analogico o digitale. Un'altra opzione è il feedback dell'encoder seriale ad alta velocità, che fornisce velocità dati più elevate, risoluzione in bit più elevata, maggiore immunità al rumore, cavi più lunghi e informazioni complete sugli allarmi.

Le comunicazioni seriali si collegano in due modi.

La comunicazione diretta tra l'amplificatore e l'encoder è possibile con encoder dotati di protocollo encoder seriale compatibile con l'amplificatore.

Laddove un encoder non dispone di uscita seriale (o laddove il protocollo di uscita seriale non è compatibile con l'amplificatore) è possibile utilizzare un modulo convertitore seriale. In questo caso il modulo accetta un segnale analogico dall'encoder insieme al segnale del sensore Hall, suddivide il segnale analogico e trasmette questi dati di segnale in serie al servoamplificatore. I dati del sensore Hall vengono utilizzati all'accensione e per verificare il feedback dell'encoder.

Diversi produttori di encoder lineari offrono ora encoder lineari assoluti che supportano una varietà di protocolli di comunicazione seriale, inclusi protocolli proprietari di produttori di amplificatori di terze parti.

3. Scegli l'amplificatore

Il terzo passo nel processo di progettazione è la selezione del servoamplificatore. L'amplificatore deve essere correttamente dimensionato in base al motore.

Il plug and play è una funzionalità che può essere offerta solo dai fornitori che producono sia servomotori che amplificatori. Alcuni fornitori forniscono plug and play per ridurre i tempi di avvio e garantire una configurazione corretta.

Alcuni servoamplificatori sono dotati di riconoscimento automatico del motore e di una modalità senza messa a punto, che elimina la necessità di mettere a punto il servosistema. Con questo software, le specifiche del motore (comprese le caratteristiche di sovraccarico) vengono caricate automaticamente nel servoamplificatore dal motore all'accensione. Ciò elimina potenziali errori da parte dell'utente durante l'immissione delle specifiche del motore, eliminando virtualmente il rischio di fuorigiri del motore ed errori di fasatura.

4. Selezionare gli elementi di supporto e i cuscinetti

Le due fasi finali della progettazione vanno di pari passo per completare la progettazione del sistema di motore lineare: la quarta fase consiste nella selezione di un sistema di cuscinetti per il movimento lineare e la quinta consiste nella progettazione degli elementi di supporto.

Nella maggior parte dei gruppi di motori lineari sono presenti due allineamenti importanti: la distanza tra motore e magnete tra la bobina e la traccia magnetica e la distanza tra la testina di lettura dell'encoder e la riga lineare. Quest'ultimo criterio viene eliminato quando si sceglie un encoder lineare chiuso.

Suggerimenti:

I cuscinetti del movimento lineare dovrebbero fornire una precisione sufficiente per soddisfare le tolleranze del gioco, mentre gli elementi di supporto dovrebbero essere progettati per distanziare adeguatamente i componenti e soddisfare i requisiti di parallelismo dei cuscinetti lineari e dell'encoder.

Una volta soddisfatti questi criteri, la scelta e la progettazione dei cuscinetti e degli elementi di supporto dipendono in ultima analisi dai requisiti prestazionali della macchina. Le applicazioni che richiedono elevata accuratezza e precisione necessitano di un encoder ad alta risoluzione e precisione, oltre a cuscinetti lineari ad alta precisione.

Nel dimensionare questi cuscinetti, tenere conto del carico utile e delle forze di attrazione magnetica associate ai motori lineari con nucleo in ferro. In molti casi, gli elementi di supporto dei cuscinetti lineari e delle piste magnetiche possono essere parte integrante del telaio della macchina.