I motori lineari stanno proliferando. Danno alle macchine la massima precisione e prestazioni dinamiche assolute.

I motori lineari sono molto rapidi e precisi per il posizionamento, ma sono anche in grado di una velocità traversa lenta e costante per le teste e le vetrini della macchina, nonché per i sistemi di maneggevolezza e di maneggevolezza. Una varietà di applicazioni - chirurgia laser, ispezione della visione e gestione dei bottiglie e dei bagagli - Utilizzare motori lineari perché sono estremamente affidabili, richiedono poca manutenzione e migliorano i cicli di produzione.

Velocità e forza più elevate

I motori lineari sono direttamente accoppiati al loro carico, che elimina una serie di componenti di accoppiamento: accoppiamenti meccanici, pulegge, cinghie di cronometraggio, vite a sfere, unità a catena e rack e pignoni, per citarne alcuni. Questo a sua volta riduce i costi e persino il contraccolpo. I motori lineari consentono anche un movimento coerente, un posizionamento di precisione per centinaia di milioni di cicli e velocità più elevate.

Le velocità tipiche raggiungibili con motori lineari variano: le macchine per raccogliere e posizionare (che fanno molte mosse brevi) e l'uso delle apparecchiature di ispezionestepper linearicon velocità a 60 in./sec; Applicazioni di taglio di volo e selezionare e posizionare macchine che fanno utilizzo più lunghiBrushless senza ingranaggiMotori lineari per velocità a 200 in./sec; Polverili, lanciatori di veicoli e traslochi di veicoli usano lineariInduzione CAmotori per raggiungere velocità a 2.000 in./sec.

Un altro fattore che determina quale tecnologia lineare-motoria è meglio: forza necessaria per spostare il carico dell'applicazione. Il carico o la massa insieme al profilo di accelerazione dell'applicazione determinano in definitiva questa forza.

Ogni applicazione presenta diverse sfide; Tuttavia, in generale, i sistemi di trasferimento di parti utilizzano stepper lineari con forze a 220 N o 50 libbre; Semiconductor, taglio laser, taglio a getto d'acqua e robotica utilizzano motori senza ingranaggi senza spazzole a 2.500 N; I sistemi di trasporto utilizzano motori di induzione CA lineari a 2.200 N; e la linea di trasferimento e le macchine utensili utilizzano motori senza spazzole a core di ferro per 14.000 N. tenere presente che ogni applicazione è diversa e gli ingegneri delle applicazioni del produttore generalmente forniscono assistenza in questa fase di specifica.

Esistono altri fattori oltre a velocità e forza. Ad esempio, i sistemi di trasportatore utilizzano motori di induzione AC lineari a causa della loro lunga durata di viaggio e dei vantaggi di avere un secondario passivo senza magneti permanenti. Le applicazioni come la chirurgia oculare laser e la fabbricazione di semi-conduttori utilizzano un ingranaggio senza spazzole per l'accuratezza e la fluidità del viaggio.

Operazione di base

I motori lineari operano attraverso l'interazione di due forze elettromagnete, la stessa interazione di base che produce coppia in un motore rotante.

Immagina di tagliare un motore rotante e poi appiattirlo: questo dà un'idea approssimativa della geometria di un motore lineare. Invece di accoppiarsi a un albero rotante per la coppia, il carico è collegato a un'auto in movimento piatta per il movimento e la forza lineari. In breve, la coppia è l'espressione del lavoro fornito da un motore rotante, mentre la forza è l'espressione del lavoro motorio lineare.

Precisione

Consideriamo prima un tradizionale sistema di passo rotativo: collegato a una vite a sfera con un tono di 5 rivoluzioni per pollice, l'accuratezza è di circa 0,004 a 0,008 pollici, o 0,1 a 0,2 mm. Un sistema rotante alimentato da un servomotore è accurato da 0,001 a 0,0001 pollici.

Al contrario, un motore lineare accoppiato direttamente al suo carico fornisce una precisione che va da 0,0007 a 0,000008 pollici. Si noti che l'accoppiamento e il contraccolpo della vite non sono inclusi in queste figure e questi degradano ulteriormente l'accuratezza dei sistemi rotanti.

La precisione relativa varia: il tipico passo rotante che dettaglia qui può ancora posizionare accuratamente all'interno del diametro di un capelli umano. Detto questo, i servos migliorano questo di un fattore fino a 80 volte, mentre un motore lineare può migliorare ulteriormente questo, a 500 volte più piccolo del diametro dei capelli umani.

A volte la manutenzione e i costi (durante la vita dell'attrezzatura) sono considerazioni più importanti della precisione. Anche i motori lineari eccellono qui: i costi di manutenzione generalmente diminuiscono con l'uso di motori lineari, poiché le parti non contatti migliorano il funzionamento della macchina e aumentano il tempo medio tra i guasti. Inoltre, il contraccolpo zero dei motori lineari elimina lo shock, che estende ulteriormente la vita della macchina. Altri vantaggi: il tempo tra i cicli di manutenzione può essere aumentato, consentendo un flusso operativo maggiore. Meno manutenzione e personale coinvolto migliorano i profitti - profitto - e riduce i costi di proprietà nella vita delle attrezzature.

Vantaggi confrontati

Le applicazioni richiedono un movimento lineare. Se si utilizza un motore rotante, è necessario un meccanismo di conversione meccanica per convertire il rotativo in movimento lineare. Qui, i progettisti selezionano il meccanismo di conversione più adatto all'applicazione minimizzando i limiti.

• Motore lineare rispetto alla cinghia e alla puleggia:Per ottenere un movimento lineare da un motore rotante, un approccio comune consiste nell'utilizzare una cinghia e una puleggia. In genere, la forza di spinta è limitata dalla resistenza alla trazione della cintura; Le avviamenti e le fermate rapide possono causare lo stretching della cintura e quindi la risonanza, con conseguente aumento dei tempi di assestamento. Follup meccanico, contraccolpo e allungamento della cintura anche una ripetibilità, accuratezza e throughput della macchina. Poiché la velocità e la ripetibilità sono il nome del gioco in servo movimento, questa non è la scelta migliore. Laddove un design a cinghia può raggiungere 3 m/sec, il lineare può raggiungere 10 m/sec. Senza alcun contraccolpo o windup, motori lineari a guida diretta aumentano ulteriormente la ripetibilità e l'accuratezza.
• Motore lineare contro rack e pignone:Rack e pignoni forniscono più spinte e rigidità meccanica rispetto ai disegni di cinghia-e-pulley. Tuttavia, l'usura bidirezionale nel tempo porta a ripetibili discutibili e imprecisioni: i principali svantaggi di questo meccanismo. Il contraccolpo impedisce il feedback del motore di rilevare la posizione di carico effettiva, portando all'instabilità e forzando guadagni più bassi e prestazioni complessive più lente. In contrasto, le macchine alimentate da motori lineari sono più veloci e posizioni in modo più accurato.
• Motore lineare rispetto alla vite a sfera:L'approccio più comune per convertire il rotante in movimento lineare è usare un piombo o una vite a sfera. Questi sono economici ma meno efficienti: viti di piombo in genere del 50% o meno e viti a sfera, circa il 90%. L'attrito elevato produce calore e l'usura a lungo termine riduce la precisione. La distanza di viaggio è meccanicamente limitata. Inoltre, i limiti di velocità lineari possono essere estesi solo aumentando il tono, ma questo degrada la risoluzione posizionale; Una velocità di rotazione eccessivamente elevata può anche causare la frusta delle viti, con conseguenti vibrazioni. I motori lineari offrono viaggi lunghi e illimitati. Con un encoder al carico, la precisione a lungo termine è in genere ± 5 µm/300 mm.

Tipi di motore lineari di base

Dato che ci sono diverse tecnologie motori rotanti, anche ci sono diversi tipi di motori lineari: passo -passo, senza spazzole e induzione CA lineare, tra gli altri. Si noti che la tecnologia lineare utilizza unità (amplificatori) più i posizionatori (controller di movimento) e dispositivi di feedback (come sensori di sala ed encoder) comunemente disponibili nell'industria.

Molti design beneficiano di motori lineari personalizzati, ma i progetti di scorta sono generalmente adatti.

Motori lineari di ferro-core-core senza pennellosono caratterizzati da laminazione in acciaio nel flusso magnetico in movimento per canale. Questo tipo di motore ha valutazioni di forza più elevate ed è più efficiente, ma pesa da tre a cinque volte di più di motori senza ingranaggi comparabilmente. La piastra stazionaria è costituita da magneti permanenti di polarità alternante multi-polo legati a una piastra in acciaio a freddo nichel. Le laminazioni in acciaio sul forcer in movimento, tuttavia, reagiscono con i magneti sulla piastra stazionaria, che sviluppano una forza "attraente" e mostrano una piccola quantità di cogging o ondulazione mentre il motore si sposta da un campo magnetico a un altro con conseguente variazione di velocità.

Questi motori sviluppano una grande quantità di forza di picco, hanno una massa termica maggiore e una costante di tempo termico lungo, quindi sono adatti per applicazioni ad alta forza e intermittente del duty-cycle che muovono carichi molto pesanti, come nelle linee di trasferimento e nelle macchine utensili; Sono progettati per viaggi illimitati e possono includere più piastrini in movimento con traiettorie sovrapposte.

Motori senza ingranaggio senza spazzoleAvere un gruppo di bobine nel trasferimento in movimento senza laminazioni in acciaio. La bobina è costituita da filo, resina epossidica e struttura di supporto non magnetica. Questa unità ha un peso molto più leggero. Il design di base produce una quantità minore di forza, quindi ulteriori magneti vengono inseriti sulla pista fissa (aiuto per aumentare la forza) e la pista è a forma di U con magneti su ciascun lato di questo U. Il forcer viene inserito nel mezzo della U .

Questi motori sono adatti per applicazioni che richiedono un funzionamento regolare senza ingranaggio magnetico, come le apparecchiature di scansione o di ispezione. Le loro accelerazioni più elevate sono utili nella scelta e nel luogo dei semiconduttori, l'ordinamento dei chip e la dispensa di saldatura e adesiva. Questi motori sono progettati per viaggi illimitati.

Stepper linearisono disponibili per molto tempo; Il forcer in movimento è costituito da nuclei di acciaio laminati con precisione con denti, un singolo magnete permanente e bobine inserite nel nucleo laminato. (Si noti che due bobine risultano in uno stepper a due fasi.) Questo gruppo è incapsulato in un alloggiamento in alluminio.

La piastra stazionaria è costituita da denti fotochimicamente incisi su una barra d'acciaio, macinata e nichelata. Questo può essere impilato end-to-end per una lunghezza illimitata. Il motore è completo di forcer, cuscinetti e piastre. La forza attraente dal magnete è usata come precarico per i cuscinetti; Consente inoltre di gestire l'unità in una posizione invertita per una varietà di applicazioni.

Motori a induzione CA.è costituito da un forcer che è un gruppo bobina composto da laminazioni in acciaio e avvolgimenti di fase. Gli avvolgimenti possono essere singoli o trifase. Ciò consente il controllo online diretto o il controllo tramite un inverter o un'unità vettoriale. La piastra stazionaria (chiamata piastra di reazione) di solito è costituita da un sottile strato di alluminio o rame incollato su acciaio a rullo freddo.

Una volta che la bobina forcer è eccitata, interagisce con la piastra di reazione e si muove. Velocità più elevate e lunghezze di viaggio illimitate sono i punti di forza di questo design; Sono usati per la movimentazione dei materiali, le persone motori, i trasportatori e le porte scorrevoli.

Nuovi concetti di design

Alcuni degli ultimi miglioramenti del design sono stati implementati tramite reingegnerizzazione. Ad esempio, alcuni motori stepper lineari (originariamente progettati per fornire movimento su un piano) sono ora reingementosi per fornire movimento in due piani - per il movimento XY. Qui, il forcer in movimento è costituito da due stepper lineari montati ortogonalmente a 90 ° in modo che uno fornisca un movimento dell'asse X e l'altro fornisce un movimento dell'asse Y. Sono inoltre possibili forze di più con traiettorie sovrapposte.

In questi motori a due piani, la piattaforma stazionaria (o platen) utilizza una nuova costruzione composita per la forza. Anche la rigidità è migliorata, quindi la deflessione è ridotta dal 60 all'80% rispetto ai precedenti modelli di produzione. La piattaforma a piastre supera 14 micron per 300 mm per un movimento accurato. Infine: poiché le stepper hanno una forza attraente naturale, questo concetto consente di montare il platenio a faccia in su o invertito, fornendo così versatilità e flessibilità per le applicazioni.

Un'altra innovazione ingegneristica - il raffreddamento dell'acqua - estende il 25%la capacità di forza dei motori di induzione CA lineari. Con questa estensione della capacità, nonché il vantaggio della lunghezza di viaggio illimitata, i motori a induzione CA offrono le prestazioni più elevate per molte applicazioni: corse di divertimento, gestione dei bagagli e traslochi. La velocità è variabile (da 6 a 2.000 in./sec) attraverso unità di velocità regolabili attualmente disponibili nell'industria.

Ancora un altro motore include un alloggiamento cilindrico stazionario con una parte mobile lineare per fornire movimento. La parte in movimento può essere un'asta composta da acciaio rivestito di rame, una bobina in movimento o un magnete in movimento, come un pistone all'interno di un cilindro.

Questi design offrono i vantaggi del motore lineare più funzionano in modo simile a un attuatore lineare. Le applicazioni includono colonscopie biomediche, telecamere con attuatori a otturatore lungo, telescopi che richiedono smorzamenti di vibrazioni, motori di focalizzazione della litografia, ingranaggi per l'interruttore del generatore che lanciano interruttori per mettere online i generatori e pressione degli alimenti, come quando si stampino le tortillas.

I pacchetti o le fasi del motore lineari complete sono adatti per il posizionamento dei payload. Questi consistono in motori, encoder di feedback, interruttori di limite e portatore di cavo. È possibile impilare le fasi per il movimento multi-asse.

Uno vantaggio delle fasi lineari è il loro profilo inferiore, che consente loro di adattarsi a spazi più piccoli rispetto ai posizionatori convenzionali. Un minor numero di componenti creano una maggiore affidabilità. Qui, il motore è collegato a unità regolari. In un'operazione a circuito chiuso, il circuito di posizione è chiuso con un controller di movimento.

Ancora una volta, oltre ai prodotti stock, abbondano i progetti personalizzati e speciali. Alla fine, è meglio rivedere le esigenze delle attrezzature con un ingegnere dell'applicazione per determinare il prodotto lineare ottimale adatto alle esigenze dell'applicazione.