I motori lineari hanno ridefinito ciò che è possibile nel controllo del movimento con prestazioni più veloci, più precise e più affidabili rispetto agli attuatori lineari tradizionali a motore rotativo. La proprietà unica di un motore lineare è che il carico viene spostato senza componenti di trasmissione di potenza meccanica. 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 rotante in lineare, migliorando così la vita, la precisione, la velocità e le prestazioni complessive del sistema.

Man mano che la domanda aumenta per una maggiore produttività, una maggiore qualità del prodotto, tempi di sviluppo rapido e minori costi di ingegneria, l'adozione di una tecnologia motoria lineare è sempre più popolare sfruttando i progetti di motori lineari modulari. Si trovano in metrologia, sistemi di taglio di precisione, apparecchiature di produzione di semiconduttori ed elettronica, gestione dei wafer, litografia, sistemi di ispezione della visione, attrezzature e dispositivi medici, sistemi di test, aerospaziale e difesa, automazione della catena di montaggio, applicazioni di stampa e imballaggio e molte altre applicazioni che richiedono un movimento lineare ad alto rendimento e ad alta accuratezza.

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

Oggi, la nuova generazione di motori lineari modulari ha cambiato il gioco. I motori lineari modulari chiavi in ​​mano possono essere facilmente imbullonati su un sistema e sono pronti per funzionare immediatamente, riducendo significativamente il tempo di ingegneria. Gli ingegneri possono ora sfruttare i potenti vantaggi della tecnologia motorizzatore lineare modulare nei loro progetti di macchine in pochi giorni, al contrario di mesi o addirittura anni.

Nove componenti principali comprendono sistemi motori lineari:

1. Una piastra di base
2. Una bobina del motore
3. Una traccia magnetica permanente (magneti normalmente neodimici)
4. Un carrello che collega la bobina del motore al carico
5. Binari di cuscinetti lineari su cui il carrello è guidato e collegati alla base
6. Un encoder lineare per il feedback della posizione
7. Fine si ferma
8. Una pista del cavo
9. Bnelle opzionali per proteggere la pista magnetica, l'encoder e le rotaie lineari dalla contaminazione ambientale.

Loop di controllo

I componenti di una progettazione del motore lineare devono essere lavorati e assemblati con ad alta precisione e processi ripetibili. Il corretto allineamento di queste parti è fondamentale e richiede dettagli di progettazione significativi e abilità di assemblaggio. Ad esempio, la pista magnetica e la bobina del motore in movimento devono essere piatte, parallele e montate con un particolare gap d'aria tra loro. Le gite a bobina in movimento su un carrello collegato a binari di cuscinetti lineari di precisione paralleli sopra la pista magnetica. L'encoder di posizione con una scala lineare e la testa 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 gs. Con i motori lineari modulari, questi dettagli sono già contabilizzati e pre-ingegnerizzati fuori dalla scatola.

Sono necessari sistemi motori lineari modulari come quello mostrato quando è necessario un movimento lineare preciso, ad alta velocità e ripetibile. Il sistema è un'alternativa alla vite a sfera, alla cinghia e agli attuatori di pignoni.

I sofisticati controller di movimento e unità servo vengono utilizzati per controllare il movimento del motore lineare. I motori lineari hanno un vantaggio definito per quanto riguarda la rigidità e la risposta in frequenza. In alcune gamme di frequenza, mostrano una rigidità che supera le tradizionali viti a sfere di un fattore notevole di 10 o più. Con questo attributo, i motori lineari possono gestire larghezza di banda ad alta posizione e ad anello di velocità con precisione impressionante, anche con disturbi esterni. A differenza delle viti a sfera, che spesso incontrano frequenze risonanti tra 10 e 100 Hz, i motori lineari operano a frequenze più alte, posizionando le loro risonanze ben oltre la larghezza di banda del ciclo di posizione.

Tuttavia, esiste un compromesso associato alla rimozione della trasmissione meccanica. I componenti meccanici, come viti a sfere, aiutano a ridurre i disturbi dalle forze macchine, frequenze di risonanza naturale o vibrazioni incrociate. La loro eliminazione lascia i motori lineari direttamente esposti a tali interruzioni. Di conseguenza, la compensazione di questi disturbi diventa la responsabilità del controllore di movimento e dell'elettronica di guida, che deve affrontarli frontalmente-agendo direttamente sull'asse servo. È qui che entrano in gioco sofisticati algoritmi di movimento a circuito chiuso di oggi per eliminare le risonanze e fornire un notevole controllo del ciclo di posizione.

All'interno del regno degli attuatori lineari, i motori lineari forniscono un'eccezionale abilità tecnica. La capacità dei motori di esibire una rigidità superiore e operare a frequenze più alte li distingue dalle alternative tradizionali. Sfidando le frequenze di risonanza e mantenendo un'elevata precisione anche in presenza di interruzioni esterne, i motori lineari offrono una soluzione convincente.

Tuttavia, l'assenza di trasmissione meccanica richiede solide strategie di compensazione per contrastare i disturbi, garantendo le prestazioni e l'affidabilità continue del sistema. Le frequenze di campionamento del controller di movimento per la velocità e i circuiti di posizione in genere iniziano a 5 kHz. Un asse motorio lineare può avere una larghezza di banda del ciclo di posizione da cinque a dieci volte quella di un asse a motore rotante convenzionale, in cui sono accettabili le frequenze da 1 o 2 kHz. Alcuni controller di movimento attuali possono campionare velocità di 20 kHz o più, il che consente il controllo del feedback ad alta velocità e il controllo del percorso ultra-preciso.

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

Applicazione del motore lineare

Ho acquisito una preziosa esperienza usando motori lineari anni fa, con un team di ingegneri che si è imbarcato in un progetto rivoluzionario: creare la prima macchina da taglio laser a motore lineare al mondo. L'uso di motori lineari è stato perfetto per interrompere l'industria, poiché le tradizionali tecnologie di attuatori lineari guidati da motori a servo rotanti non potevano fornire le capacità ad alte prestazioni realizzabili con motori lineari.

L'implementazione della tecnologia non è stato un compito facile. Mentre abbiamo scavato nel progetto, ci siamo resi conto che la nostra applicazione ha richiesto le specifiche lineari delle prestazioni del motore che non erano disponibili in commercio. Imperterrito, abbiamo deciso di progettare motori lineari specificamente per la nostra applicazione.

Abbiamo affrontato numerose sfide, poiché dovevamo spostare un sistema di cavalletto da 1.000 libbre a un ritmo rapido di 2,5 m/sec con un'accelerazione di 1,5 g, il che significa che abbiamo dovuto progettare un motore lineare in grado di produrre forze estreme. Il nostro team ha perseverato, versando innumerevoli ore nella ricerca e nello sviluppo fino a quando non abbiamo finalmente ideato un motore lineare in grado di soddisfare le esigenze della nostra macchina per tagliare laser. È stato un momento orgoglioso in cui abbiamo finalmente visto i nostri motori lineari in azione 14 mesi dopo, spingendo il sistema Gantry con velocità, facilità e precisione incredibili. Le prestazioni raggiunte non hanno precedenti. È straordinario considerare quanto più velocemente il nostro concetto di macchina avrebbe potuto essere completato se erano disponibili motori lineari modulari chiavi in ​​mano.

La tecnologia del motore lineare si è fortemente evoluta da quando abbiamo intrapreso un percorso di progettazione del motore lineare negli anni '90. Con l'introduzione di nuovi progetti modulari, il potenziale per l'innovazione e il progresso nel motoring e i motori lineari è più grande che mai. I motori lineari modulari stanno ridefinendo ciò che è possibile, con capacità di controllo del movimento più veloci, più precise e affidabili che possono essere distribuite rapidamente a beneficio di una vasta gamma di applicazioni in molti settori.