Motores e atuadores lineares agora são competitivos em termos de custo com fusos de esferas e acionamentos por correia, oferecendo agilidade e largura de banda nitidamente superiores para aplicações de posicionamento avançado. Novos micromotores e atuadores estão ajudando a automatizar tarefas antes impossíveis. Acionamentos lineares diretos estão substituindo cada vez mais os cilindros pneumáticos servocontrolados, contribuindo com confiabilidade e controlabilidade, sem o custo, o ruído e a manutenção dos compressores de ar.

Impulsionados pelas exigências da indústria de semicondutores, os fabricantes de motores lineares aumentaram constantemente a precisão, reduziram os preços, desenvolveram diversos tipos de motores e simplificaram a integração em equipamentos de automação. Os motores lineares modernos proporcionam aceleração de pico de 20g e velocidade de 10 metros/segundo, proporcionando agilidade dinâmica incomparável, minimizando a manutenção e multiplicando o tempo de atividade. Eles superaram o uso especializado na indústria de semicondutores e proporcionaram desempenho avançado em inúmeras aplicações.

Com dez vezes mais velocidade e vida útil que os parafusos de esferas, a tecnologia de acionamento direto linear geralmente é a única solução para automação que aumenta a produtividade.

SUPERIORIDADE DINÂMICA

O desempenho dinâmico dos mecanismos de posicionamento convencionais é limitado por fusos de avanço, engrenagens, acionamentos por correia e acoplamentos flexíveis, que produzem histerese, folga e desgaste. Da mesma forma, atuadores pneumáticos sofrem com a massa do pistão e o atrito pistão-cilindro, bem como com a compressibilidade do ar, o que resulta em complexidade no controle do servo. Motores e atuadores lineares eliminam a massa e a inércia dos posicionadores convencionais e, livres dessas limitações fundamentais, proporcionam rigidez dinâmica inigualável.

A criação de força de acionamento direto permite que motores e atuadores lineares alcancem largura de banda em malha fechada, indisponível com mecanismos de posicionamento alternativos. O motor e o atuador podem aproveitar ao máximo os controladores modernos. Esses controladores são ajustados para operação com alto ganho de malha, proporcionando amplo controle de largura de banda, estabilização rápida e recuperação rápida de perturbações transitórias.

Motores e atuadores lineares se destacam na realização de movimentos em distâncias milimétricas que operam na zona de atrito estático. Sua baixa massa e atrito estático mínimo minimizam a força motriz necessária para iniciar o movimento e simplificam a tarefa do sistema de controle de evitar o overshoot ao parar. Essas características permitem que motores e atuadores de acionamento direto digitalizem lâminas de microscópio, por exemplo, e mapeiem as localizações XY de artefatos com apenas milímetros de distância.

Aplicações que exigem movimentos repetitivos rápidos podem explorar a alta largura de banda do atuador linear para dobrar a produtividade de fusos de esferas ou acionamentos por correia. Máquinas que cortam rolos de material no comprimento desejado (papel, plástico e até fraldas) maximizam a produtividade operando sem interromper o fluxo de material. Para cortar em tempo real, essas máquinas aceleram a lâmina de corte para sincronizar com o fluxo de material, deslocam-se na velocidade do material até o local de corte e, em seguida, 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

Existem três configurações básicas de motores lineares disponíveis: motores de leito plano, de canal em U e tubulares. Cada motor tem vantagens e limitações intrínsecas.

Motores de plataforma plana, embora ofereçam curso ilimitado e a mais alta força de acionamento, exercem uma atração magnética considerável e indesejada entre a força de carga e a trilha de ímã permanente do motor. Essa força de atração requer rolamentos que suportem a carga extra.

O motor de canal em U, com seu núcleo sem ferro, tem baixa inércia, o que lhe confere máxima agilidade. No entanto, as bobinas magnéticas de carga da força se deslocam profundamente dentro da estrutura do canal em U, restringindo a dissipação de calor.

Os motores lineares tubulares são robustos, termicamente eficientes e os mais simples de instalar. Eles oferecem substituições imediatas para fusos de esferas e posicionadores pneumáticos. Os ímãs permanentes do motor tubular são encapsulados em um tubo de aço inoxidável (haste de empuxo), que é apoiado em ambas as extremidades. Sem o suporte adicional da haste de empuxo, o curso da carga é limitado a 2 a 3 metros, dependendo do diâmetro da haste de empuxo.

Dos três tipos de motores, os motores tubulares são os mais adequados para o uso industrial convencional. Os motores lineares tubulares obtiveram benefícios profundos com uma inovação fundamental de engenharia. Os motores lineares da Copley Controls substituem o tradicional encoder linear externo por sensores Hall integrados. 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 um encoder complexo para suportar e alinhar. Outros benefícios incluem robustez, confiabilidade e a isenção da necessidade de ambientes protegidos por parte do encoder.

Motores lineares tubulares podem ser transformados em atuadores lineares de acionamento direto potentes e versáteis. Em uma versão com atuador, o forçador permanece estacionário (aparafusado à estrutura da máquina), enquanto a haste de empuxo de posicionamento da carga se desloca sobre rolamentos de baixo atrito e livres de lubrificação, montados dentro do forçador. Além de superar fusos de esferas e acionamentos por correia, o atuador linear é uma alternativa de alto desempenho aos sistemas de posicionamento servo-pneumático programáveis.

Motores lineares tubulares são adequados para aplicações que duplicam a 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 do outro. Um forçador pode então carregar, por exemplo, enquanto o outro descarrega. A técnica pode dobrar a produtividade, levantando dois itens de cada vez de uma esteira transportadora de alta velocidade e colocando-os com precisão em uma segunda esteira.

Da mesma forma, múltiplos forçadores operando em uma única haste de empuxo podem dobrar, triplicar ou até quadruplicar a força motriz. Os forçadores podem ser operados por um único controlador.

O motor linear que suporta a carga desloca-se sobre rolamentos de trilho único de longa vida útil. Em contraste, os mecanismos de conversão de fuso de esferas rotativos para lineares envolvem fontes adicionais de desgaste que degradam o desempenho e reduzem a vida útil.

A haste de impulso do atuador linear desliza sobre rolamentos de longa duração e isentos de lubrificação, montados na força. Essa simplicidade intrínseca permite que o atuador ofereça 10 milhões de ciclos de operação. Os rolamentos do atuador são autocompensadores, facilitando a instalação. A força de acionamento do atuador é aplicada diretamente à haste de impulso, melhorando a aceleração e a capacidade de resposta.

Com a substituição do codificador externo por um sensor de estado sólido integrado ao forçador, os motores e atuadores de acionamento direto tornam-se dispositivos de dois componentes muito simples. O forçador e a haste de empuxo 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 atrito e fusos de avanço com ruídos intensos confere aos motores e atuadores lineares a qualificação cada vez mais vital de operação silenciosa. A OSHA está seguindo de perto os códigos industriais europeus, que impõem regras cada vez mais rigorosas sobre ruído no local de trabalho. A operação silenciosa já é crítica em ambientes laboratoriais e hospitalares; essa preocupação se tornará cada vez mais disseminada à medida que a OSHA estender suas normas a outros ambientes de produção.