Configurazione tipica del progetto del sistema di movimento

Il movimento lineare è fondamentale per molte macchine in movimento 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.

Integrare questi motori (e i componenti periferici che richiedono) può sembrare scoraggiante, ma il processo può essere suddiviso in cinque semplici passaggi. Seguire questo processo passo 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: con nucleo in ferro o senza nucleo in 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 ad applicazioni di automazione generale. Il termine "nucleo in ferro" si riferisce alla struttura della bobina di questo motore, costituita da lamierini in ferro. Una configurazione tipica prevede una pista magnetica fissa monolaterale e una bobina o un forcer mobile. Il nucleo in 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 lineari. Il precarico magnetico può anche migliorare la risposta in frequenza del sistema migliorando la decelerazione e l'assestamento.

D'altro canto, la forza di attrazione deve essere adeguatamente supportata da una maggiore capacità di carico, garantita da elementi di supporto e cuscinetti lineari. Ciò potrebbe compromettere 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 struttura brevettata annulla gli effetti dell'attrazione magnetica, offrendo al contempo la massima forza per sezione trasversale. Il design bilanciato riduce il carico sui cuscinetti, consentendo l'utilizzo di cuscinetti lineari più piccoli e riducendone la rumorosità.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VantaggiMotori senza ferro: esistono anche motori lineari senza ferro; questi motori non hanno ferro nelle loro bobine, quindi non c'è attrazione tra gli elementi del motore.

Il tipo ironless 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 forcer). Questo motore è ideale per applicazioni che richiedono un basso ripple di velocità e un'elevata accelerazione. La natura a forza di attrazione zero e a cogging zero della costruzione ironless riduce al minimo il ripple di coppia; l'accelerazione aumenta grazie alla relativa leggerezza della bobina.

Una seconda configurazione senza ferro è a forma di 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 alla sostituzione delle viti a ricircolo di sfere, poiché produce velocità e precisione di posizionamento molto più elevate all'interno di un ingombro pressoché identico.

Dimensionamento della bobina e lunghezza della pista

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

Le sezioni di binario magnetico sono disponibili in diverse lunghezze e possono essere impilate una sull'altra per raggiungere la lunghezza 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. Decidi un codificatore

Il secondo passaggio nella progettazione di un sistema di motore lineare è la selezione dell'encoder lineare. I più comuni sono gli encoder lineari incrementali con sensori ottici o magnetici. È necessario 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 dell'encoder seriale ad alta velocità, 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 complete.

Le comunicazioni seriali avvengono in due modi.

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

Se un encoder non ha un'uscita seriale (o se 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 i dati di questo segnale in modo seriale 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, compresi protocolli proprietari di produttori di amplificatori di terze parti.

3. Scegli l'amplificatore

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

Plug and play è una funzionalità che può essere offerta solo 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 messa a punto, che elimina la necessità di mettere a punto il servosistema. Con questo software, le specifiche del motore (incluse le caratteristiche di sovraccarico) vengono caricate automaticamente dal motore al servoamplificatore all'accensione. Questo elimina potenziali errori da parte dell'utente durante l'inserimento delle specifiche del motore, eliminando virtualmente il rischio di runaway e di errori di fasatura.

4. Selezionare gli elementi di supporto e i cuscinetti

Gli ultimi due passaggi di progettazione vanno di pari passo per completare la progettazione del sistema del motore lineare: il quarto passaggio consiste nella selezione di un sistema di cuscinetti a movimento lineare, mentre il quinto 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 pista 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 incapsulato.

Suggerimenti:

I cuscinetti lineari devono garantire una precisione sufficiente a soddisfare le tolleranze degli spazi, mentre gli elementi di supporto devono 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 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 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 integrati nel telaio della macchina.