Os motores e atuadores lineares agora são competitivos em termos de custo com fusos de esferas e acionamentos por correia e oferecem agilidade e largura de banda distintamente superiores para aplicações de posicionamento avançado. Novos micromotores e atuadores estão ajudando a automatizar tarefas que antes não eram viáveis. Os acionamentos lineares diretos estão substituindo cada vez mais os cilindros pneumáticos servocontrolados, contribuindo com confiabilidade e controlabilidade, livres do custo, do ruído e da manutenção dos compressores de ar.

Impulsionados pelos requisitos da indústria de semicondutores, os fabricantes de motores lineares aumentaram constantemente a precisão, reduziram os preços, desenvolveram vários tipos de motores e simplificaram a integração em equipamentos de automação. Os motores lineares modernos fornecem aceleração máxima de 20g e velocidade de 10 metros/segundo, proporcionam agilidade dinâmica incomparável, minimizam a manutenção e multiplicam o tempo de atividade. Eles foram além do uso especializado da indústria de semicondutores para fornecer desempenho avançado em hosts de aplicativos.

Com velocidade e vida útil dez vezes maiores que os fusos de esferas, a tecnologia de acionamento direto linear costuma ser a única solução para automação que aumenta a produtividade.

SUPERIORIDADE DINÂMICA

O desempenho dinâmico dos mecanismos de posicionamento convencionais é limitado por parafusos de avanço, trens de engrenagens, acionamentos por correia e acoplamentos flexíveis, que produzem histerese, folga e desgaste. Da mesma forma, os atuadores pneumáticos sofrem com a massa do pistão e o atrito pistão-cilindro, bem como com a compressibilidade do ar, o que produz complexidade de servocontrole. Motores lineares e atuadores eliminam a massa e a inércia dos posicionadores convencionais e, livres dessas limitações fundamentais, proporcionam rigidez dinâmica inigualável.

A criação direta de força motriz permite que motores e atuadores lineares alcancem largura de banda de circuito fechado indisponível com mecanismos de posicionamento alternativos. O motor e o atuador são capazes de aproveitar ao máximo os controladores modernos. Esses controladores são ajustados para operação de alto ganho de loop, alcançando amplo controle de largura de banda, acomodação rápida e recuperação rápida de distúrbios transitórios.

Motores lineares e atuadores são excelentes em fazer movimentos de distâncias milimétricas que operam na zona de atrito estático. Sua baixa massa e atrito estático mínimo minimizam a força motriz necessária para iniciar o deslocamento e simplificam a tarefa do sistema de controle na prevenção de ultrapassagens ao parar. Esses atributos permitem que motores e atuadores de acionamento direto digitalizem lâminas de microscópio, por exemplo, e mapeiem as localizações XY de artefatos separados por apenas alguns milímetros.

Aplicações que exigem movimento repetitivo rápido podem explorar a alta largura de banda do atuador linear para dobrar o rendimento de fusos de esferas ou acionamentos por correia. Máquinas que cortam rolos de material no comprimento certo (papel, plástico e até fraldas) maximizam o rendimento operando sem interromper o fluxo de material. Para cortar em tempo real, essas máquinas aceleram a lâmina de corte para sincronizar com o fluxo do material, deslocam-se na velocidade do material até o local de corte e então iniciam o corte. Após o corte, a lâmina retorna ao seu ponto inicial para aguardar o próximo ciclo de corte de ida e volta.

TIPOS DE MOTORES LINEARES

Três configurações básicas de motores lineares estão disponíveis: motores planos, canais em U e motores tubulares. Cada motor tem benefícios e limitações intrínsecos.

Os motores de base plana, embora ofereçam deslocamento ilimitado e maior força de acionamento, exercem atração magnética considerável e indesejável entre a força de suporte de carga e o trilho magnético permanente do motor. Esta força de atração requer rolamentos que suportem a carga extra.

O motor canal U, com núcleo sem ferro, possui baixa inércia e, portanto, máxima agilidade. No entanto, a carga do forçador que transporta as bobinas magnéticas viaja profundamente dentro da estrutura do canal em U, restringindo a remoção de calor.

Os motores lineares tubulares são robustos, termicamente eficientes e os mais simples de instalar. Eles fornecem substitutos imediatos para posicionadores pneumáticos e de fuso de esfera. Os ímãs permanentes do motor tubular são envoltos em um tubo de aço inoxidável (haste de impulso), que é apoiado em ambas as extremidades. Sem suporte adicional da haste de impulso, o deslocamento da carga é limitado a 2 a 3 metros, dependendo do diâmetro da haste de impulso.

Dos três tipos de motores, os motores tubulares são os mais bem equipados para uso industrial convencional. Os motores lineares tubulares obtiveram benefícios profundos com uma inovação fundamental da engenharia. Os motores lineares da Copley Controls substituem o tradicional encoder linear externo por sensores Hall integrais. Um circuito magnético patenteado permite que os sensores de efeito Hall alcancem uma melhoria de quase dez vezes na resolução e repetibilidade.

Como os encoders lineares podem custar quase tanto quanto o próprio motor linear, eliminá-los representa uma grande redução de custos. Isso também simplifica a integração do motor linear em sistemas de automação, já que não há nenhum codificador complicado para apoiar e alinhar. Outros benefícios incluem robustez, confiabilidade e isenção da necessidade de ambientes protegidos do codificador.

Os motores lineares tubulares podem ser transformados em atuadores lineares de acionamento direto potentes e versáteis. Em uma encarnação de atuador, o forçador permanece estacionário (aparafusado à estrutura da máquina), enquanto a haste de impulso de posicionamento da carga se desloca sobre rolamentos de baixo atrito e isentos de lubrificação montados dentro do forçador. Além de superar os fusos de esferas e os acionamentos por correia, o atuador linear é uma alternativa de maior desempenho aos sistemas de posicionamento servopneumáticos programáveis.

Os motores lineares tubulares prestam-se a aplicações de duplicação de produtividade com dois forçadores independentes operando em uma única haste de impulso. Cada forçador possui seu próprio servoacionamento e pode se deslocar de forma totalmente independente um do outro. Um forçador pode então carregar, por exemplo, enquanto o outro descarrega. A técnica pode duplicar o rendimento levantando dois itens de cada vez de um transportador de deslocamento rápido e colocando-os com precisão em um segundo transportador.

Da mesma forma, vários forçadores operando em uma única haste de impulso podem duplicar, triplicar ou até quadruplicar a força motriz. Os forcers podem ser operados por um único controlador.

A força de transporte de carga do motor linear se desloca sobre rolamentos de trilho único de longa vida útil. Em contraste, os mecanismos de conversão rotativo-linear de fuso esférico envolvem fontes adicionais de desgaste que degradam o desempenho e encurtam a vida útil.

A haste de impulso do atuador linear desliza sobre rolamentos de longa duração e isentos de lubrificação montados no forçador. Esta simplicidade intrínseca permite que o atuador forneça 10 milhões de ciclos operacionais. Os rolamentos do atuador são autocompensadores, facilitando a instalação. A força motriz do atuador é aplicada diretamente na haste de impulso, melhorando a aceleração e a capacidade de resposta.

Com o codificador externo substituído por um sensor de estado sólido integrado ao forçador, os motores e atuadores de acionamento direto tornam-se dispositivos muito simples de dois componentes. O forçador e a haste de impulso são componentes inerentemente muito robustos, o que permite que o motor e o atuador estejam em conformidade com as classificações internacionais de lavagem IP67.

A ausência de engrenagens de retificação e de fusos com zumbido dá aos motores lineares e atuadores a qualificação cada vez mais vital de operação com baixo ruído. A OSHA está a seguir de perto os códigos industriais europeus, que impõem regras cada vez mais rigorosas sobre o ruído no local de trabalho. A operação silenciosa já é crítica em ambientes laboratoriais e hospitalares; esta preocupação tornar-se-á cada vez mais generalizada à medida que a OSHA estende a sua decisão a outros ambientes de produção.