I motori lineari hanno ridefinito ciò che è possibile nel controllo del movimento con prestazioni più veloci, più precise e più affidabili rispetto ai tradizionali attuatori lineari azionati da motore rotativo. La proprietà unica di un motore lineare è che il carico viene spostato senza componenti meccanici di trasmissione della potenza. Invece, la forza lineare generata dal campo magnetico della bobina del motore è direttamente accoppiata al carico. Ciò elimina i dispositivi meccanici che convertono il movimento rotatorio in lineare, migliorando così la durata, la precisione, la velocità e le prestazioni complessive del sistema.

Poiché cresce la domanda di maggiore produttività, qualità del prodotto più elevata, tempi di sviluppo rapidi e costi di progettazione inferiori, l'adozione della tecnologia dei motori lineari è sempre più popolare sfruttando i design modulari dei motori lineari. Si trovano in metrologia, sistemi di taglio di precisione, apparecchiature per la produzione di semiconduttori ed elettronica, manipolazione di wafer, litografia, sistemi di ispezione visiva, apparecchiature e dispositivi medici, sistemi di test, aerospaziale e difesa, automazione delle catene di montaggio, applicazioni di stampa e imballaggio e molte altre applicazioni. che richiedono una produttività elevata e un movimento lineare ad alta precisione.

I componenti di un motore lineare devono essere lavorati e assemblati con processi ripetibili e ad alta precisione. Il corretto allineamento di queste parti è fondamentale e richiede notevoli dettagli di progettazione e abilità di assemblaggio.

Oggi, la nuova generazione di motori lineari modulari ha cambiato le regole del gioco. I motori lineari modulari chiavi in ​​mano possono essere facilmente imbullonati su un sistema e sono pronti per funzionare immediatamente, riducendo significativamente i tempi di progettazione. Gli ingegneri possono ora sfruttare i potenti vantaggi della tecnologia dei motori lineari modulari nella progettazione delle loro macchine in pochi giorni, invece che in mesi o addirittura anni.

Nove componenti principali comprendono i sistemi di motori lineari:

1. Una piastra di base
2. Una bobina del motore
3. Una traccia magnetica permanente (normalmente magneti al neodimio)
4. Un carrello che collega la bobina del motore al carico
5. Guide lineari su cui scorre il carrello e che si collegano alla base
6. Un encoder lineare per il feedback della posizione
7. La fine si ferma
8. Una via cavo
9. Soffietti opzionali per proteggere la pista magnetica, l'encoder e le guide lineari dalla contaminazione ambientale.

CICLO DI CONTROLLO

I componenti di un motore lineare devono essere lavorati e assemblati con processi ripetibili e ad alta precisione. Il corretto allineamento di queste parti è fondamentale e richiede notevoli dettagli di progettazione e abilità di assemblaggio. Ad esempio, la pista magnetica e la bobina del motore mobile devono essere piatte, parallele e montate con un particolare traferro tra di loro. La bobina mobile scorre su un carrello collegato a guide lineari di precisione parallele sopra la pista magnetica. L'encoder di posizione con scala lineare e testina di lettura è un'altra parte critica di un motore lineare che richiede procedure di allineamento adeguate e un design di montaggio robusto per resistere ad accelerazioni fino a 5 G. Con i motori lineari modulari, questi dettagli sono già presi in considerazione e preingegnerizzati fuori dagli schemi.

I sistemi di motori lineari modulari come quello mostrato vengono utilizzati quando è necessario un movimento lineare preciso, ad alta velocità e ripetibile. Il sistema è un'alternativa agli attuatori con vite a ricircolo di sfere, cinghia e cremagliera.

Sofisticati controller di movimento e servoazionamenti vengono utilizzati per controllare il movimento del motore lineare. I motori lineari presentano un netto vantaggio in termini di rigidità e risposta in frequenza. In determinati intervalli di frequenza, mostrano una rigidità che supera le tradizionali viti a ricircolo di sfere di un notevole fattore pari a 10 o più. Con questo attributo, i motori lineari possono gestire ampie larghezze di banda di posizione e anello di velocità con precisione impressionante, anche con disturbi esterni. A differenza delle viti a ricircolo di sfere, che spesso incontrano frequenze di risonanza comprese tra 10 e 100 Hz, i motori lineari funzionano a frequenze più elevate, ponendo le loro risonanze ben oltre la larghezza di banda dell'anello di posizione.

Tuttavia, esiste un compromesso associato alla rimozione della trasmissione meccanica. I componenti meccanici, come le viti a ricircolo di sfere, aiutano a ridurre i disturbi derivanti dalle forze della macchina, dalle frequenze di risonanza naturali o dalle vibrazioni trasversali. La loro eliminazione lascia i motori lineari direttamente esposti a tali interruzioni. Di conseguenza, la compensazione di questi disturbi diventa responsabilità del controller di movimento e dell’elettronica di azionamento, che devono affrontarli direttamente, agendo direttamente sul servoasse. È qui che entrano in gioco i sofisticati algoritmi di movimento a circuito chiuso di oggi per eliminare le risonanze e fornire un notevole controllo del circuito di posizione.

Nel campo degli attuatori lineari, i motori lineari offrono prestazioni tecniche eccezionali. La capacità dei motori di mostrare una rigidità superiore e di funzionare a frequenze più elevate li distingue dalle alternative tradizionali. Sfidando le frequenze di risonanza e mantenendo un'elevata precisione anche in presenza di disturbi esterni, i motori lineari offrono una soluzione convincente.

Tuttavia, l'assenza di trasmissione meccanica necessita di robuste strategie di compensazione per contrastare i disturbi, garantendo la continuità delle prestazioni e dell'affidabilità del sistema. Le frequenze di campionamento del controller di movimento per gli anelli di velocità e posizione iniziano generalmente a 5 kHz. Un asse con motore lineare può avere una larghezza di banda dell'anello di posizione da cinque a dieci volte quella di un asse motorizzato rotativo convenzionale, dove sono accettabili frequenze di 1 o 2 kHz. Alcuni controller di movimento attuali possono campionare frequenze di 20 kHz o superiori, il che consente un controllo del feedback ad altissima velocità e un controllo del percorso ultra preciso.

Poiché la maggior parte dei produttori di motori lineari modulari sono anche esperti di controllo del movimento e servo, anche molte sfide del circuito di controllo e problemi di risonanza meccanica sono state ben ponderate e vengono fornite soluzioni e strumenti per mitigare queste sfide.

APPLICAZIONE MOTORE LINEARE

Ho acquisito una preziosa esperienza utilizzando i motori lineari anni fa, con un team di ingegneri che si è imbarcato in un progetto rivoluzionario: creare la prima macchina di taglio laser al mondo basata su motore lineare. L'uso dei motori lineari era la soluzione perfetta per rivoluzionare il settore, poiché le tradizionali tecnologie degli attuatori lineari azionati da servomotori rotativi non erano in grado di fornire le capacità ad alte prestazioni ottenibili con i motori lineari.

Implementare la tecnologia non è stato un compito facile. Mentre approfondivamo il progetto, ci siamo resi conto che la nostra applicazione richiedeva specifiche prestazionali del motore lineare che non erano disponibili in commercio. Imperterriti, abbiamo deciso di progettare motori lineari appositamente per la nostra applicazione.

Abbiamo dovuto affrontare numerose sfide, poiché dovevamo spostare un sistema a portale da 1.000 libbre alla velocità di 2,5 m/sec con un'accelerazione di 1,5 G, il che significava che dovevamo progettare un motore lineare in grado di produrre forze estreme. Il nostro team ha perseverato, dedicando innumerevoli ore alla ricerca e allo sviluppo finché non abbiamo finalmente ideato un motore lineare in grado di soddisfare le esigenze della nostra macchina per il taglio laser. È stato un momento di orgoglio quando finalmente abbiamo visto i nostri motori lineari in azione 14 mesi dopo, azionando il sistema a portale con incredibile velocità, facilità e precisione. La prestazione ottenuta non ha precedenti. È notevole considerare quanto più velocemente il nostro concetto di macchina avrebbe potuto essere completato se allora fossero stati disponibili motori lineari modulari chiavi in ​​mano.

La tecnologia dei motori lineari si è evoluta notevolmente da quando abbiamo intrapreso il percorso di progettazione dei motori lineari negli anni '90. Con l'introduzione di nuovi design modulari, il potenziale di innovazione e progresso nella progettazione del movimento e nei motori lineari è più grande che mai. I motori lineari modulari stanno ridefinendo ciò che è possibile, con funzionalità di controllo del movimento più veloci, precise e affidabili che possono essere implementate rapidamente a vantaggio di un'ampia gamma di applicazioni in molti settori.