Configuração típica de projeto de 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, porque os motores lineares são fixados diretamente na carga.

A integração desses motores (e dos componentes periféricos que eles necessitam) pode parecer assustadora, mas o processo pode ser dividido em cinco etapas simples. Seguir esse processo passo a passo permite que os construtores de máquinas e robôs obtenham os benefícios do motor linear sem esforço ou complexidade estranhos.

1. Determine o tipo de motor: núcleo de ferro versus sem 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. Núcleo de ferro refere-se à construção da bobina deste motor, que consiste em laminações de núcleo de ferro. Uma configuração típica consiste em uma trilha magnética estacionária de um lado e uma bobina ou forçador móvel. O núcleo de ferro maximiza a força de impulso gerada e cria uma força de atração magnética entre a bobina e os ímãs.

Esta força de atração magnética pode ser usada para aumentar efetivamente a rigidez do sistema de orientação linear, pré-carregando os rolamentos de movimento linear. A pré-carga magnética também pode aumentar a resposta de frequência do sistema, melhorando a desaceleração e a estabilização.

Por outro lado, a força de atração deve ser adequadamente suportada pelo aumento da capacidade de carga dos membros de suporte e dos mancais lineares. Isto pode degradar a liberdade de projeto mecânico da máquina.

Uma segunda configuração de motor linear com núcleo de ferro consiste em um par de trilhas magnéticas estacionárias colocadas em cada lado da bobina móvel. Esta construção patenteada anula os efeitos da atração magnética ao mesmo tempo que proporciona a maior força por área transversal. O design balanceado reduz a carga do rolamento, permitindo o uso de rolamentos de movimento linear menores e diminuindo o ruído do rolamento.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VantagensMotores sem ferro: Também existem motores lineares sem ferro; esses motores não possuem ferro em suas bobinas, portanto não há atração entre os membros do motor.

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

Uma segunda configuração sem ferro tem a forma de um cilindro. Os ímãs são empilhados dentro de um tubo de aço inoxidável e a bobina do motor se move ao redor do cilindro. Esta configuração é adequada ao substituir fusos esféricos, pois produz velocidades muito mais altas e precisão de posicionamento aproximadamente no mesmo envelope.

Dimensionamento da bobina e comprimento da pista

Não importa a configuração, todas as bobinas do motor linear devem ser dimensionadas de acordo com os requisitos da aplicação: carga aplicada, perfil de movimento alvo, ciclo de trabalho, exatidão, precisão, vida útil e ambiente operacional. Dica: Conte com suporte técnico de fabricantes de motores lineares e software de dimensionamento (que geralmente é gratuito) para selecionar o melhor tipo e tamanho de motor para uma aplicação específica.

As seções da trilha magnética são oferecidas em vários comprimentos e podem ser empilhadas de 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 melhor usar as seções de trilho magnético de maior comprimento disponíveis no fabricante.

2. Escolha um codificador

A segunda etapa ao projetar um sistema de motor linear é a seleção do codificador linear. Os mais comuns são encoders lineares incrementais com sensores de cabeça de leitura óptica ou magnética. Selecione um encoder com a resolução e precisão necessárias para a aplicação e que seja adequado ao ambiente da máquina.

O feedback do encoder normalmente é enviado de volta ao servo amplificador por meio de um trem de pulso analógico senoidal ou digital. Outra opção é o feedback do codificador serial de alta velocidade – proporcionando taxas de dados mais altas, maior resolução de bits, maior imunidade a ruídos, comprimentos de cabos mais longos e informações de alarme abrangentes.

As comunicações seriais se conectam de duas maneiras.

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

Onde um codificador não possui saída serial (ou onde o protocolo de saída serial é incompatível com o amplificador), um módulo conversor serial pode ser usado. Neste caso, o módulo aceita um sinal analógico do codificador junto com o sinal do sensor Hall, subdivide o sinal analógico e transmite esses dados de sinal serialmente para o servo amplificador. Os dados do sensor Hall são usados ​​na inicialização e para verificar o feedback do encoder.

Vários fabricantes de codificadores lineares agora oferecem codificadores 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 no processo de projeto é a seleção do servo amplificador. O amplificador deve ser dimensionado corretamente com base no motor.

Plug and play é um recurso que só pode ser oferecido por fornecedores que fabricam servomotores e amplificadores. Alguns fornecedores fornecem plug and play para reduzir o tempo de inicialização e garantir a configuração adequada.

Alguns servo amplificadores apresentam reconhecimento automático do motor e um modo sem ajuste, o que elimina a necessidade de ajustar o sistema servo. Com este software, as especificações do motor (incluindo características de sobrecarga) são automaticamente carregadas no servo amplificador a partir do motor na energização. Isto elimina possíveis erros do usuário ao inserir as especificações do motor, eliminando virtualmente o risco de descontroles do motor e erros de fase.

4. Selecione membros de suporte e rolamentos

As duas etapas finais do projeto andam de mãos dadas para completar o projeto do sistema de motor linear: a quarta etapa é selecionar um sistema de rolamento de movimento linear e a quinta é projetar os membros de suporte.

Existem dois alinhamentos importantes na maioria dos conjuntos de motores lineares: a distância entre o motor e o ímã entre a bobina e a trilha magnética e a distância entre o cabeçote de leitura do codificador e a escala linear. O último critério é eliminado ao selecionar um encoder linear fechado.

Pontas:

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

Uma vez atendidos esses critérios, a seleção e o projeto dos rolamentos e dos membros de suporte dependem, em última análise, dos requisitos de desempenho da máquina. Aplicações que exigem alta exatidão e precisão precisam de um codificador de alta resolução e 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 membros de suporte dos rolamentos lineares e das pistas magnéticas podem ser parte integrante da estrutura da máquina.