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 avançadas. 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, além de agilidade dinâmica incomparável, minimizam a manutenção e multiplicam o tempo de atividade. Eles superaram o uso especializado na indústria de semicondutores para oferecer desempenho avançado em diversas 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 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 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, portanto, 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), 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 profundos benefícios 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 um 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 para 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 impulso podem dobrar, triplicar ou até quadruplicar a força motriz. Os forçadores podem ser operados por um único controlador.

A força de carga do motor linear se desloca 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 realize 10 milhões de ciclos de operação. Os rolamentos do atuador são autoalinhantes, 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 giratórios 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 sua regulamentação a outros ambientes de produção.