Configurazione tipica della progettazione di un sistema di movimento

Il movimento lineare è fondamentale in molte macchine mobili e la natura a trasmissione diretta dei motori lineari può semplificare la progettazione complessiva delle macchine 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 necessari) può sembrare scoraggiante, ma il processo può essere suddiviso in cinque semplici passaggi. Seguendo questa procedura passo passo, i costruttori di macchine e robot possono sfruttare i vantaggi dei motori lineari senza sforzi o complessità eccessivi.

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

Il primo passo consiste nello scegliere il motore lineare tra le tipologie disponibili.

Motori a nucleo di ferro: I motori a nucleo di ferro sono i più comuni e adatti per applicazioni di automazione generale. Il termine "nucleo di ferro" si riferisce alla struttura dell'avvolgimento di questo motore, che è costituito da lamelle di ferro. Una configurazione tipica prevede una pista magnetica fissa su un solo lato e un avvolgimento motore mobile. Il nucleo di ferro massimizza la forza di spinta generata e crea una forza di attrazione magnetica tra l'avvolgimento e i magneti.

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

D'altro canto, la forza di attrazione deve essere adeguatamente supportata da una maggiore capacità di carico fornita da elementi di supporto e cuscinetti lineari. Ciò potrebbe limitare la libertà di progettazione meccanica della macchina.

Una seconda configurazione di motore lineare con nucleo in ferro consiste in una coppia di piste magnetiche fisse posizionate su entrambi i lati della bobina mobile. Questa costruzione brevettata annulla gli effetti dell'attrazione magnetica, garantendo al contempo la massima forza per unità di sezione trasversale. Il design bilanciato riduce il carico sui cuscinetti, consentendo l'utilizzo di cuscinetti per il movimento lineare di dimensioni inferiori e diminuendo la rumorosità dei cuscinetti stessi.

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

Il tipo più comune di motore senza nucleo magnetico è quello a canale a U: due piste magnetiche sono unite a formare un canale in cui si muove la bobina del motore (o elemento di forzatura). Questo motore è ideale per applicazioni che richiedono una bassa ondulazione della velocità e un'elevata accelerazione. La forza di trazione nulla e l'assenza di cogging della costruzione senza nucleo magnetico minimizzano l'ondulazione della coppia; l'accelerazione è aumentata perché la bobina è relativamente leggera.

Una seconda configurazione senza nucleo di ferro è quella cilindrica. I magneti sono impilati all'interno di un tubo di acciaio inossidabile e la bobina del motore ruota attorno al cilindro. Questa configurazione è adatta per sostituire le viti a ricircolo di sfere, poiché consente di ottenere velocità e precisione di posizionamento molto più elevate a parità di ingombro.

Dimensionamento 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 desiderato, ciclo di lavoro, accuratezza, precisione, durata e ambiente operativo. Consiglio: richiedete supporto tecnico ai produttori di motori lineari e utilizzate software di dimensionamento (spesso gratuiti) per selezionare il tipo e la dimensione del motore più adatti a una specifica applicazione.

Le sezioni di binario magnetico sono disponibili in diverse lunghezze e possono essere impilate una dietro l'altra per raggiungere la lunghezza di corsa desiderata, con una lunghezza totale del magnete praticamente illimitata. Per semplificare la progettazione e ridurre i costi, è consigliabile utilizzare le sezioni di binario magnetico più lunghe disponibili presso il produttore.

2. Scegli un codificatore

Il secondo passo nella progettazione di un sistema a motore lineare è la selezione dell'encoder lineare. I più comuni sono gli encoder lineari incrementali con sensori a testina di lettura ottica o magnetica. Selezionare un encoder con la risoluzione e la precisione richieste per l'applicazione, e che sia adatto all'ambiente della macchina.

Il feedback dell'encoder viene in genere inviato al servoamplificatore tramite un treno di impulsi analogico sinusoidale o digitale. Un'altra opzione è il feedback seriale ad alta velocità dell'encoder, che offre velocità di trasmissione dati più elevate, una maggiore risoluzione in bit, una maggiore immunità al rumore, cavi più lunghi e informazioni di allarme più complete.

Le comunicazioni seriali si connettono in due modi.

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

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

Oggigiorno diversi produttori di encoder lineari offrono 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 del processo di progettazione è la selezione del servoamplificatore. L'amplificatore deve essere dimensionato correttamente in base al motore.

La funzionalità plug and play è offerta esclusivamente dai fornitori che producono sia servomotori che amplificatori. Alcuni fornitori offrono la funzionalità 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 taratura, che elimina la necessità di tarare il sistema servo. Con questo software, le specifiche del motore (incluse le caratteristiche di sovraccarico) vengono caricate automaticamente dal motore al servoamplificatore all'accensione. Ciò elimina il rischio di errori umani nell'inserimento delle specifiche del motore, riducendo al minimo il rischio di fuoriuscita di potenza e di errori di fase.

4. Selezionare gli elementi di supporto e i cuscinetti

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

Nella maggior parte dei gruppi motore lineare, due allineamenti sono fondamentali: la distanza tra il motore e il magnete, ovvero tra la bobina e la pista magnetica, e la distanza tra la testina di lettura dell'encoder e la scala lineare. Quest'ultimo criterio viene eliminato quando si sceglie un encoder lineare incapsulato.

Suggerimenti:

I cuscinetti per il movimento lineare devono garantire una precisione sufficiente a soddisfare le tolleranze di gioco, mentre gli elementi di supporto devono essere progettati per distanziare correttamente i componenti e soddisfare i requisiti di parallelismo dei cuscinetti lineari e dell'encoder.

Una volta soddisfatti questi criteri, la selezione 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 alta precisione, oltre a cuscinetti lineari ad alta precisione.

Nel dimensionamento di questi cuscinetti, è necessario 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 integrati nel telaio della macchina.