Estágios do motor linear completo - incluindo placa de base, motor linear, guias lineares, codificador e controles.

O Direct Drive Linear Servo Motors viu um aumento mensurável na adoção nos últimos anos, graças em parte às demandas dos usuários finais por maior taxa de transferência e melhor precisão. E embora os motores lineares sejam mais frequentemente reconhecidos por sua capacidade de fornecer uma combinação de altas velocidades, traços longos e excelente precisão de posicionamento que não é possível com outros mecanismos de acionamento, eles também podem obter um movimento extremamente lento, lento e preciso. De fato, a tecnologia de motor linear fornece uma ampla gama de capacidades - força de impulso, velocidade, aceleração, precisão do posicionamento e repetibilidade - que existem poucas aplicações para as quais os motores lineares não são uma solução adequada.

As variações do motor linear incluem motores de servo linear, motores de passo linear, motores de indução linear e motores lineares do tubo de empuxo. Quando um motor servo linear é a melhor opção para um aplicativo, aqui estão três coisas a considerar durante a seleção inicial do motor.

A consideração "primária": núcleo de ferro ou sem ferro?
Os motores de servo de acionamento direto lineares vêm em dois tipos principais, núcleo de ferro ou sem ferro, referindo -se se os enrolamentos na parte primária (análoga ao estator em um motor rotativo) são montados em uma pilha de laminação de ferro ou em epóxi. Decidir se o aplicativo requer um núcleo de ferro ou um motor linear sem ferro é tipicamente a primeira etapa no design e seleção.

Os motores lineares do núcleo de ferro são mais adequados para aplicações que exigem forças de impulso extremamente altas. Isso ocorre porque a laminação da parte primária contém dentes (saliências) que focam o fluxo eletromagnético em direção aos ímãs da parte secundária (análoga ao rotor em um motor rotativo). Essa atração magnética entre o ferro na parte primária e os ímãs permanentes na parte secundária permite que o motor forneça forças altas.

Os motores lineares sem ferro geralmente têm recursos de força de empuxo mais baixa, portanto, não são adequados para os requisitos de impulso extremamente altos encontrados em aplicações como prensagem, usinagem ou moldagem. Mas eles se destacam em montagem e transporte de alta velocidade.

A desvantagem do design do núcleo de ferro é uma enigma, que degrada a suavidade do movimento. O deotão ocorre porque o design com fenda da parte primária faz com que ele tenha posições "preferidas" enquanto viaja ao longo dos ímãs da parte secundária. Para superar a tendência primária de se alinhar com os ímãs do secundário, o motor deve produzir mais força, o que causa uma ondulação de velocidade - chamada de engrenagem. Essa variação de força e velocidade ondulações degrada a suavidade do movimento, que pode ser uma questão significativa nas aplicações em que a qualidade do movimento durante a viagem (não apenas a precisão do posicionamento final) é importante.

Existem inúmeros métodos que os fabricantes usam para reduzir a engrenagem. Uma abordagem comum é distorcer a posição dos ímãs (ou os dentes), criando transições mais suaves à medida que os dentes primários viajam pelos ímãs secundários. Um efeito semelhante pode ser alcançado alterando a forma dos ímãs para um octógono alongado.

Outro método para reduzir a engrenagem é chamado de enrolamento fracionário. Nesse design, o primário contém mais dentes de laminação do que ímãs no secundário, e a pilha de laminação tem uma forma especial. Juntos, essas duas modificações funcionam para cancelar as forças de engrenagem. E, é claro, o software sempre oferece uma solução. Os algoritmos anti-cogging permitem que unidades e controladores servo ajustem a corrente fornecida ao primário, para que as variações em força e velocidade sejam minimizadas.

Os motores lineares sem ferro não experimentam engrenagens, pois suas bobinas primárias são encapsuladas no epóxi, em vez de serem enroladas em torno de uma laminação de aço. E os motores de servo lineares sem ferro têm uma massa mais baixa (o epóxi é mais leve, embora menos rígido, que o aço), permitindo que eles atinjam alguns dos valores de velocidade mais alta de aceleração, desaceleração e velocidade máxima encontrados nos sistemas eletromecânicos. Os tempos de acomodação são tipicamente melhores (mais baixos) para motores sem ferro do que para as versões do núcleo de ferro. A falta de aço na falta primária e a falta de engrenagem ou a velocidade de velocidade, também significa que os motores lineares sem ferro podem fornecer movimento muito lento e constante, normalmente com variação de velocidade de menos de 0,01 %.

Que nível de integração?
Como motores rotativos, os motores de servo lineares são apenas um componente em um sistema de movimento. Um sistema motor linear completo também requer rolamentos para suportar e orientar a carga, o gerenciamento de cabos, o feedback (normalmente um codificador linear) e uma unidade de servo e controlador. OEMs e construtores de máquinas altamente experientes, ou aqueles que têm requisitos de design ou desempenho exclusivos, podem criar um sistema completo com recursos internos e componentes prontos para uso de vários fabricantes.

O design do sistema motor linear é indiscutivelmente mais simples que o design de sistemas com base em cintos, rack e pinhões ou parafusos. Existem menos componentes e menos etapas de montagem com uso intensivo de mão-de-obra (sem alinhamento de suportes para parafusos de bola ou tensionamento de cintos). E os motores lineares não têm contato, portanto, os designers não precisam se preocupar em fazer provisões para lubrificação, ajustes ou outra manutenção da unidade de acionamento. Mas para os OEMs e construtores de máquinas que procuram uma solução projétil, existem inúmeras opções para atuadores completos de motores lineares, estágios de alta precisão e até sistemas cartesianos e de pórtica.

O ambiente é adequado para um motor linear?
Os motores lineares são frequentemente a solução preferida em ambientes difíceis, como salas de limpeza e ambientes de vácuo, uma vez que têm menos peças móveis e podem ser combinadas com quase qualquer tipo de guia linear ou gerenciamento de cabos para atender aos requisitos de geração de partículas, supertas e temperatura da aplicação. E em casos extremos, o secundário (pista de ímã) pode ser usado como parte em movimento, com a parte principal (enrolamentos, incluindo cabos e gerenciamento de cabos) permanecendo estacionários.

Mas se o ambiente consistir em chips de metal, poeira metálica ou partículas de metal, um motor de servo linear pode não ser a melhor opção. Isso é especialmente verdadeiro para os motores lineares do núcleo de ferro porque seu design é inerentemente aberto, deixando a trilha do ímã exposta à contaminação. O design semi-fechado de motores lineares sem ferro fornece melhor proteção, mas deve-se tomar cuidado para garantir que o slot na parte secundária não seja diretamente exposto a fontes de contaminação. Existem opções de design para envolver motores lineares de ferro e sem ferro, mas podem reduzir a capacidade de um motor de dissipar o calor, potencialmente negociando um problema por outro.