Os motores e atuadores lineares agora são competitivos em termos de custo com fusos de esferas e transmissões por correia, oferecendo agilidade e largura de banda nitidamente superiores para aplicações de posicionamento avançadas. Novos micromotores e atuadores estão ajudando a automatizar tarefas antes inviáveis. Os acionamentos lineares diretos estão substituindo cada vez mais os cilindros pneumáticos servocontrolados, contribuindo para a 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 têm aumentado continuamente a precisão, reduzido os preços, desenvolvido diversos tipos de motores e simplificado a integração em equipamentos de automação. Os motores lineares modernos oferecem aceleração máxima de 20g e velocidade de 10 metros por segundo, proporcionando agilidade dinâmica incomparável, minimizando a manutenção e multiplicando o tempo de atividade. Eles transcenderam o uso especializado na indústria de semicondutores para oferecer desempenho avançado em uma ampla gama de aplicações.

Com dez vezes a velocidade e a vida útil dos fusos de esferas, a tecnologia de acionamento direto linear é, muitas vezes, a única solução para automação que aumenta a produtividade.

SUPERIORIDADE DINÂMICA

O desempenho dinâmico dos mecanismos de posicionamento convencionais é limitado por fusos de esferas, engrenagens, transmissões 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 gera complexidade no controle servo. Os motores e atuadores lineares eliminam a massa e a inércia dos posicionadores convencionais e, livres dessas limitações fundamentais, proporcionam rigidez dinâmica incomparável.

A geração direta de força motriz permite que motores e atuadores lineares alcancem uma 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 controle de ampla largura de banda, estabilização rápida e recuperação ágil de distúrbios transitórios.

Os motores e atuadores lineares se destacam na realização de movimentos de milímetros que operam na zona de atrito estático. Sua baixa massa e atrito estático mínimo minimizam a força de acionamento necessária para iniciar o movimento e simplificam a tarefa do sistema de controle na prevenção de ultrapassagens durante a parada. Esses atributos permitem que motores e atuadores de acionamento direto escaneiem lâminas de microscópio, por exemplo, e mapeiem as coordenadas XY de artefatos separados por apenas milímetros.

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 transmissões por correia. Máquinas que cortam rolos de material no comprimento desejado (papel, plásticos, até mesmo fraldas) maximizam a produtividade operando sem interromper o fluxo de material. Para cortar em movimento, 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, em seguida, iniciam o corte. Após o corte, a lâmina retorna ao ponto inicial para aguardar o próximo ciclo de corte.

TIPOS DE MOTORES LINEARES

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

Os motores de plataforma plana, embora ofereçam deslocamento ilimitado e a maior força motriz, exercem uma atração magnética considerável e indesejável entre o elemento de sustentação da carga e a pista de ímã permanente do motor. Essa força de atração exige rolamentos que suportem a carga extra.

O motor de canal em U, com seu núcleo sem ferro, possui baixa inércia, proporcionando máxima agilidade. No entanto, as bobinas magnéticas que suportam a carga do atuador se estendem por toda a estrutura do canal em U, restringindo a dissipação de calor.

Os motores lineares tubulares são robustos, termicamente eficientes e os mais fáceis de instalar. Eles substituem diretamente os posicionadores pneumáticos e de fuso de esferas. Os ímãs permanentes do motor tubular são encapsulados em um tubo de aço inoxidável (haste de impulso), que é suportado em ambas as extremidades. Sem suporte adicional na haste de impulso, o curso da carga é limitado a 2 ou 3 metros, dependendo do diâmetro da haste.

Dos três tipos de motores, os motores tubulares são os mais adequados para uso industrial convencional. Os motores lineares tubulares obtiveram benefícios significativos graças a 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 dar suporte e alinhar. Outras vantagens incluem robustez, confiabilidade e a dispensa da necessidade de ambientes protegidos para o encoder.

Os motores lineares tubulares podem ser transformados em atuadores lineares de acionamento direto potentes e versáteis. Nessa configuração, o atuador permanece estacionário (parafusado à estrutura da máquina), enquanto a haste de posicionamento da carga se desloca sobre rolamentos de baixo atrito e sem lubrificação, montados dentro do atuador. Além de superar fusos de esferas e transmissões por correia, o atuador linear representa uma alternativa de alto desempenho aos sistemas de posicionamento servopneumáticos programáveis.

Os motores lineares tubulares são ideais para aplicações que duplicam a produtividade, com dois atuadores independentes operando em uma única haste de tração. Cada atuador possui seu próprio servomotor e pode se deslocar de forma totalmente independente do outro. Um atuador pode, por exemplo, carregar enquanto o outro descarrega. Essa técnica permite dobrar a capacidade de produção, elevando itens dois a dois de uma esteira transportadora de alta velocidade e posicionando-os com precisão em uma segunda esteira.

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

O atuador de carga do motor linear desloca-se sobre rolamentos de trilho único de longa duração. Em contraste, os mecanismos de conversão rotativa-linear com fuso de esferas 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 no atuador. Essa simplicidade intrínseca permite que o atuador execute 10 milhões de ciclos de operação. Os rolamentos do atuador são autoalinháveis, facilitando a instalação. A força motriz 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 atuador, os motores e atuadores de acionamento direto tornam-se dispositivos de dois componentes muito simples. Tanto o atuador quanto a haste de impulso são componentes inerentemente muito robustos, o que permite que o motor e o atuador atendam à classificação internacional de resistência à lavagem IP67.

A ausência de engrenagens e fusos de esferas giratórios confere aos motores e atuadores lineares a qualificação cada vez mais importante 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 crucial em ambientes de laboratório e hospitalares; essa preocupação se tornará ainda mais disseminada à medida que a OSHA estender suas normas a outros ambientes de produção.