Configuração típica do projeto de um sistema de movimento

O movimento linear é fundamental para muitas máquinas móveis, e a natureza de acionamento direto dos motores lineares pode simplificar o projeto geral da máquina nessas aplicações. Outros benefícios incluem maior rigidez, pois os motores lineares são fixados diretamente à carga.

A integração desses motores (e dos componentes periféricos que eles exigem) pode parecer complexa, mas o processo pode ser dividido em cinco etapas simples. Seguir esse processo passo a passo permite que os fabricantes de máquinas e robôs aproveitem os benefícios dos motores lineares sem esforço ou complexidade desnecessários.

1. Determine o tipo de motor: com núcleo de ferro ou sem núcleo de ferro.

O primeiro passo é selecionar o motor linear dentre os tipos disponíveis.

Motores com núcleo de ferro: Os motores com núcleo de ferro são os mais comuns e adequados para aplicações gerais de automação. O termo "núcleo de ferro" refere-se à construção da bobina desse motor, que consiste em lâminas de ferro fundido. Uma configuração típica consiste em uma trilha magnética estacionária de um lado e uma bobina ou atuador magnético móvel. O núcleo de ferro maximiza a força de empuxo gerada e cria uma força de atração magnética entre a bobina e os ímãs.

Essa força de atração magnética pode ser usada para aumentar efetivamente a rigidez do sistema de guia linear, pré-carregando os rolamentos de movimento linear. A pré-carga magnética também pode melhorar a resposta em frequência do sistema, otimizando a desaceleração e a estabilização.

Por outro lado, a força de atração deve ser devidamente suportada por uma maior capacidade de carga proveniente dos elementos de suporte e dos rolamentos lineares. Isso pode comprometer a liberdade de projeto mecânico da máquina.

Uma segunda configuração de motor linear com núcleo de ferro consiste em um par de trilhas magnéticas fixas posicionadas em ambos os lados da bobina móvel. Essa construção patenteada neutraliza os efeitos da atração magnética, proporcionando a maior força por área de seção transversal. O design balanceado reduz a carga nos rolamentos, permitindo o uso de rolamentos menores para movimento linear e diminuindo o ruído dos rolamentos.

Motionsystemdesign Com Motores Drives 0111 Vantagens Motores sem núcleo de ferro: Também existem motores lineares sem núcleo de ferro; esses motores não possuem ferro em suas bobinas, portanto não há atração entre os componentes do motor.

O tipo mais comum de motor sem núcleo de ferro é o de canal em U: duas trilhas magnéticas são unidas para formar um canal no qual a bobina do motor (ou força motriz) se move. Este motor é ideal para aplicações que exigem baixa ondulação de velocidade e alta aceleração. A força de atração nula e a ausência de cogging, características da construção sem núcleo de ferro, minimizam a ondulação de torque; a aceleração é aumentada porque a bobina é relativamente leve.

Uma segunda configuração sem núcleo de ferro tem a forma de um cilindro. Ímãs são empilhados dentro de um tubo de aço inoxidável, e a bobina do motor se move ao redor do cilindro. Essa configuração é adequada para substituir fusos de esferas, pois produz velocidades muito maiores e precisão de posicionamento em dimensões semelhantes.

Dimensionamento da bobina e comprimento da pista

Independentemente da configuração, todas as bobinas dos motores lineares devem ser dimensionadas de acordo com os requisitos da aplicação: carga aplicada, perfil de movimento desejado, ciclo de trabalho, exatidão, precisão, vida útil e ambiente operacional. Dica: Busque suporte técnico dos fabricantes de motores lineares e utilize softwares de dimensionamento (que geralmente são gratuitos) para selecionar o tipo e o tamanho de motor mais adequados para uma aplicação específica.

Os segmentos de trilho magnético são oferecidos em diversos comprimentos e podem ser empilhados ponta a ponta para atingir o comprimento de deslocamento desejado, sendo o comprimento total do ímã praticamente ilimitado. Para simplificar o projeto e reduzir custos, é recomendável utilizar os segmentos de trilho magnético de maior comprimento disponíveis junto ao fabricante.

2. Escolha um codificador.

O segundo passo no projeto de um sistema de motor linear é a seleção do encoder linear. Os mais comuns são os encoders lineares incrementais com sensores de leitura ópticos ou magnéticos. Selecione um encoder com a resolução e a precisão necessárias para a aplicação e que seja adequado ao ambiente da máquina.

O feedback do encoder é normalmente enviado de volta ao servoamplificador por meio de um sinal analógico senoidal ou um trem de pulsos digitais. Outra opção é o feedback serial de alta velocidade do encoder, que oferece taxas de dados mais altas, maior resolução de bits, maior imunidade a ruídos, cabos mais longos e informações de alarme abrangentes.

A comunicação serial se conecta de duas maneiras.

A comunicação direta entre o amplificador e o codificador é possível com codificadores que possuam um protocolo de codificação serial compatível com o amplificador.

Quando um encoder não possui saída serial (ou quando o protocolo de saída serial é incompatível com o amplificador), um módulo conversor serial pode ser utilizado. Nesse caso, o módulo recebe um sinal analógico do encoder juntamente com o sinal do sensor Hall, subdivide o sinal analógico e transmite esses dados serialmente para o servoamplificador. Os dados do sensor Hall são utilizados na inicialização e para verificar o feedback do encoder.

Diversos fabricantes de encoders lineares agora oferecem encoders lineares absolutos que suportam uma variedade de protocolos de comunicação serial, incluindo protocolos proprietários de fabricantes de amplificadores terceirizados.

3. Escolha o amplificador.

A terceira etapa do processo de projeto é a seleção do servoamplificador. O amplificador deve ser dimensionado corretamente com base no motor.

A funcionalidade "plug and play" só pode ser oferecida por fornecedores que fabricam tanto servomotores quanto amplificadores. Alguns fornecedores disponibilizam essa funcionalidade para reduzir o tempo de inicialização e garantir a configuração correta.

Alguns servoamplificadores possuem reconhecimento automático do motor e um modo sem ajuste, eliminando a necessidade de sintonizar o sistema servo. Com esse software, as especificações do motor (incluindo as características de sobrecarga) são automaticamente enviadas do motor para o servoamplificador ao ligar o equipamento. Isso elimina a possibilidade de erro do usuário ao inserir as especificações do motor, praticamente eliminando o risco de aceleração descontrolada e erros de faseamento.

4. Selecione os elementos de suporte e os rolamentos.

As duas etapas finais de projeto são interdependentes para completar o projeto do sistema de motor linear: a quarta etapa consiste em selecionar um sistema de rolamentos para movimento linear, e a quinta, em projetar os elementos de suporte.

Na maioria dos conjuntos de motores lineares, existem dois alinhamentos importantes: a distância entre o motor e o ímã, entre a bobina e a pista do ímã, e a distância entre a cabeça de leitura do encoder e a escala linear. Este último critério é eliminado ao selecionar um encoder linear encapsulado.

Pontas:

Os rolamentos de movimento linear devem fornecer precisão suficiente para atender às tolerâncias de folga, enquanto os elementos de suporte devem ser projetados para espaçar adequadamente os componentes e atender aos requisitos de paralelismo dos rolamentos lineares e do encoder.

Uma vez atendidos esses critérios, a seleção e o projeto dos rolamentos e componentes de suporte dependem, em última análise, dos requisitos de desempenho da máquina. Aplicações que exigem alta exatidão e precisão necessitam de um encoder de alta resolução e alta precisão, além de rolamentos lineares de alta precisão.

Ao dimensionar esses rolamentos, leve em consideração a carga útil e as forças de atração magnética associadas aos motores lineares com núcleo de ferro. Em muitos casos, os elementos de suporte dos rolamentos lineares e das pistas magnéticas podem ser integrados à estrutura da máquina.