Os motores lineares estão proliferando. Eles dão a máquinas a maior precisão e desempenho dinâmico absoluto.

Os motores lineares são muito rápidos e precisos para o posicionamento, mas também são capazes de velocidade lenta e transversa constante para cabeças de máquina e slides, além de sistemas de ferramentas e manuseio de peças. Uma variedade de aplicações - cirurgia a laser, inspeção da visão e manuseio de garrafas e bagagem - usam motores lineares porque são extremamente confiáveis, requerem pouca manutenção e melhoram os ciclos de produção.

Velocidade e força mais alta

Os motores lineares são diretamente acoplados à sua carga, o que elimina uma série de componentes de acoplamento - acoplamentos mecânicos, polias, correias de tempo, parafusos de bola, acionamentos de corrente e rack e pinhões, para citar alguns. Isso, por sua vez, reduz os custos e até a reação. Os motores lineares também permitem movimento consistente, posicionamento de precisão para centenas de milhões de ciclos e velocidades mais altas.

Velocidades típicas atingíveis com motores lineares variam: Pick and Place Machines (que fazem muitos movimentos curtos) e uso de equipamentos de inspeçãoSteppers linearescom velocidades para 60 pol./seg; Aplicações de cisalhamento voador e máquinas de colher e colocar que fazem movimentos mais longos usaremsem escova sem engrenagemmotores lineares para velocidades para 200 pol./sec; montanhas -russas, lançadores de veículos e pessoas que os motores usam linearesIndução ACMotores para atingir velocidades para 2.000 em./seg.

Outro fator que determina qual tecnologia linear-motor é melhor: força necessária para mover a carga do aplicativo. A carga ou massa, juntamente com o perfil de aceleração do aplicativo, determinam essa força.

Cada aplicativo apresenta diferentes desafios; No entanto, em geral, os sistemas de transferência parcial usam steppers lineares com forças para 220 N ou 50 lb; Semicondutor, corte a laser, corte de jato de água e robótica usam motores sem escova sem 2.500 N; Os sistemas transportadores usam motores lineares de indução AC para 2.200 N; e a linha de transferência e as máquinas-ferramentas usam motores sem escova de núcleo de ferro para 14.000 N. Lembre-se de que cada aplicativo é diferente e os engenheiros de aplicativos do fabricante geralmente fornecem assistência nesta etapa de especificação.

Outros fatores além da velocidade e força existem. Por exemplo, os sistemas transportadores usam motores lineares de indução CA devido ao seu longo comprimento de viagem e às vantagens de ter um secundário passivo sem ímãs permanentes. Aplicações como cirurgia ocular a laser e fabricação de semi-condutores usam sem escova, sem precisão e suavidade do deslocamento.

Operação básica

Os motores lineares operam através da interação de duas forças de eletromagnet - a mesma interação básica que produz torque em um motor rotativo.

Imagine cortar um motor rotativo e depois achatá -lo: isso dá uma idéia aproximada da geometria de um motor linear. Em vez de acoplar a carga a um eixo rotativo para o torque, a carga é conectada a um carro em movimento plano para movimento e força lineares. Em resumo, o torque é a expressão do trabalho que um motor rotativo fornece, enquanto a força é a expressão do trabalho do motor linear.

Precisão

Vamos considerar um sistema de passo rotativo tradicional primeiro: conectado a um parafuso de esfera com um passo de 5 revoluções por polegada, a precisão é de aproximadamente 0,004 a 0,008 pol., Ou 0,1 a 0,2 mm. Um sistema rotativo alimentado por um servomotor é preciso para 0,001 a 0,0001 pol.

Por outro lado, um motor linear acoplado diretamente à sua carga fornece precisão que varia de 0,0007 a 0,000008 pol.

A precisão relativa varia: o passo rotativo típico que detalhamos aqui ainda pode se posicionar com precisão no diâmetro de um cabelo humano. Dito isto, os servos melhoram isso em um fator de até 80 vezes, enquanto um motor linear pode melhorar isso - para 500 vezes menor que o diâmetro dos cabelos humanos.

Às vezes, a manutenção e o custo (ao longo da vida do equipamento) são considerações mais importantes do que precisão. Os motores lineares também se destacam aqui: os custos de manutenção geralmente diminuem com o uso de motores lineares, pois as peças sem contato melhoram a operação da máquina e aumentam o tempo médio entre as falhas. Além disso, a reação zero de motores lineares elimina o choque, o que prolonga ainda mais a vida útil da máquina. Outros benefícios: o tempo entre os ciclos de manutenção pode ser aumentado, permitindo mais fluxo operacional. Menos manutenção e pessoal envolvido melhoram o resultado final - lucro - e reduzem o custo de propriedade ao longo da vida útil do equipamento.

Benefícios comparados

As aplicações requerem movimento linear. Se estiver usando um motor rotativo, é necessário um mecanismo de conversão mecânico para converter o movimento rotativo em linear. Aqui, os designers selecionam o mecanismo de conversão mais adequado ao aplicativo, minimizando as limitações.

• Motor linear versus cinto e polia:Para obter movimento linear de um motor rotativo, uma abordagem comum é usar uma correia e uma polia. Normalmente, a força de impulso é limitada pela resistência à tração da correia; As partidas rápidas e as paradas podem causar alongamento da correia e, portanto, ressonância, resultando em aumento do tempo de sedimentação. Acompanhamento mecânico, reação e alongamento da correia também diminua a repetibilidade, a precisão e a taxa de transferência da máquina. Como a velocidade e a repetibilidade são o nome do jogo no Servo Motion, essa não é a melhor escolha. Onde um design de pulléia de cinto pode atingir 3 m/s, o linear pode atingir 10 m/s. Sem nenhuma reação ou corda, os motores lineares de tração direta aumentam ainda mais a repetibilidade e a precisão.
• Motor linear versus rack e pinhão:Rack e pinhões fornecem mais impulso e rigidez mecânica do que os projetos de correia e mulley. No entanto, o desgaste bidirecional ao longo do tempo leva a questionáveis ​​repetições e imprecisões - as principais desvantagens desse mecanismo. A reação impede que o feedback do motor detecte a posição de carga real, levando à instabilidade - e forçando ganhos mais baixos e desempenho geral mais lento. Em contraste, as máquinas alimentadas por motores lineares são mais rápidas e posicionam com mais precisão.
• Motor linear versus parafuso de bola:A abordagem mais comum para converter o movimento rotativo a linear é usar um parafuso de chumbo ou bola. Eles são baratos, mas menos eficientes: parafusos de chumbo tipicamente 50% ou menos e parafusos de bola, cerca de 90%. A alta atrito produz calor e o desgaste a longo prazo reduz a precisão. A distância da viagem é mecanicamente limitada. Além disso, os limites de velocidade linear só podem ser estendidos aumentando o tom, mas isso degrada a resolução posicional; A velocidade de rotação excessivamente alta também pode causar a chicotada dos parafusos, resultando em vibração. Os motores lineares oferecem viagens longas e ilimitadas. Com um codificador na carga, a precisão a longo prazo é tipicamente ± 5 µm/300 mm.

Tipos de motor linear básicos

Como existem diferentes tecnologias motoras rotativas, também existem vários tipos de motores lineares: stepper, sem escova e indução linear de CA, entre outros. Observe que a tecnologia linear utiliza unidades (amplificadores) e os posicionadores (controladores de movimento) e dispositivos de feedback (como sensores e codificadores de salão) geralmente disponíveis na indústria.

Muitos designs se beneficiam de motores lineares personalizados, mas os designs de ações geralmente são adequados.

Motores lineares sem escovasão caracterizados por laminação de aço na FORcer em movimento para canalizar o fluxo magnético. Esse tipo de motor possui classificações de força mais altas e é mais eficiente, mas pesa três a cinco vezes mais do que os motores de tamanho de Cog de tamanho comparativo. O cilindro estacionário consiste em ímãs permanentes de polaridade alternados de vários polos ligados em uma placa de aço com laminação a frio de níquel. As laminações de aço no forcer em movimento, no entanto, reagem com os ímãs no cilindro estacionário, que desenvolvem uma força "atraente" e exibem uma pequena quantidade de engrenagem ou ondulação à medida que o motor se move de um campo de ímã para outro, resultando em variações de velocidade.

Esses motores desenvolvem uma grande quantidade de força de pico, têm uma massa térmica maior e constante de tempo térmico longo-portanto, são adequados para aplicações de ciclo de trabalho de alta força e alta força que movem cargas muito pesadas, como em linhas de transferência e metralhadoras; Eles são projetados para viagens ilimitadas e podem incluir várias placas em movimento com trajetórias sobrepostas.

Motores sem escovaTenha um conjunto de bobinas na FORCER MOVIMENTO sem laminações de aço. A bobina consiste em uma estrutura de suporte de fio, epóxi e não magnética. Esta unidade é muito mais clara em peso. O design básico produz uma quantidade menor de força; portanto, ímãs adicionais são inseridos na pista estacionária (ajuda para aumentar a força) e a pista é em forma de ímãs de cada lado deste U. A forcer é inserida no meio do U.

Esses motores são adequados para aplicações que requerem operação suave sem engrenagem magnética, como equipamentos de digitalização ou inspeção. Suas acelerações mais altas são úteis na escolha e local de semicondutores, classificação de chips e distribuição de solda e adesivo. Esses motores são projetados para viagens ilimitadas.

Steppers linearesestão disponíveis há muito tempo; A FORCER em movimento consiste em núcleos de aço laminado com precisão com dentes, um único ímã permanente e bobinas inseridas no núcleo laminado. (Observe que duas bobinas resultam em um passo em duas fases.) Este conjunto é encapsulado em um alojamento de alumínio.

O cilindro estacionário consiste em dentes fotoquimicamente gravados em uma barra de aço, terra e níquel. Isso pode ser empilhado de ponta a ponta por comprimento ilimitado. O motor vem completo com forcer, rolamentos e platôs. A força atraente do ímã é usada como uma pré -carga para os rolamentos; Ele também permite que a unidade seja operada em uma posição invertida para uma variedade de aplicações.

Motores de indução ACconsistem em um forcer que é um conjunto de bobinas composto por laminações de aço e enrolamentos de fase. Os enrolamentos podem ser únicos ou trifásicos. Isso permite controle on -line direto ou controle através de uma unidade de inversor ou vetor. O cilindro estacionário (chamado de placa de reação) geralmente consiste em uma fina camada de alumínio ou cobre ligado em aço de rolo frio.

Uma vez que a bobina forcer é energizada, ela interage com a placa de reação e se move. Velas mais altas e comprimentos de viagem ilimitados são os pontos fortes desse design; Eles são usados ​​para manuseio de materiais, motores de pessoas, transportadores e portões deslizantes.

Novos conceitos de design

Algumas das mais recentes melhorias de design foram implementadas por meio de reengenharia. Por exemplo, alguns motores de passo lineares (originalmente projetados para fornecer movimento em um avião) agora estão reengenhados para fornecer movimento em dois aviões - para o movimento XY. Aqui, a FORCER em movimento consiste em dois steppers lineares montados ortogonalmente a 90 °, de modo que um fornece um movimento do eixo x e o outro fornece um movimento do eixo y. Vários forçadores com trajetórias sobrepostas também são possíveis.

Nesses motores de dois planos, a plataforma estacionária (ou platô) utiliza nova construção composta para força. A rigidez também é melhorada, portanto, a deflexão é reduzida em 60 a 80% em comparação com os modelos de produção anteriores. A planicidade do platô excede 14 mícrons por 300 mm para um movimento preciso. Finalmente: como os steppers têm uma força atraente natural, esse conceito permite que o cilindro seja montado com face para cima ou invertido, fornecendo assim versatilidade e flexibilidade para aplicações.

Outra inovação de engenharia - resfriamento de água - estende a capacidade de força dos motores de indução Linear CA em 25%. Com essa extensão de capacidade, bem como o benefício da duração ilimitada de viagens, os motores de indução de CA oferecem maior desempenho para muitas aplicações: passeios de diversão, manuseio de bagagem e motores de pessoas. A velocidade é variável (de 6 a 2.000 em./seg) através de unidades de velocidade ajustáveis ​​atualmente disponíveis na indústria.

Ainda outro motor inclui uma caixa cilíndrica estacionária com uma parte em movimento linear para fornecer movimento. A parte em movimento pode ser uma haste que consiste em aço revestido de cobre, uma bobina em movimento ou um ímã em movimento, como um pistão dentro de um cilindro.

Esses projetos fornecem os benefícios do motor linear e o desempenho semelhante a um atuador linear. As aplicações incluem colonoscopias biomédicas, câmeras com atuadores de obturador longo, telescópios que requerem amortecimento de vibrações, litografia com focos de motores, engrenagens de troca de gerador que jogam disjuntores para colocar geradores on -line e pressionamento de alimentos - como quando estampando tortilhas.

Pacotes ou estágios lineares completos são adequados para posicionar cargas úteis. Estes consistem em motor, codificador de feedback, interruptores de limite e portador de cabo. É possível empilhar estágios para o movimento de vários eixos.

Uma vantagem dos estágios lineares é o seu perfil mais baixo, o que lhes permite caber em espaços menores em comparação com os posicionais convencionais. Menos componentes proporcionam maior confiabilidade. Aqui, o motor está conectado a unidades regulares. Em uma operação de circuito fechado, o loop de posição é fechado com um controlador de movimento.

Novamente, além de produtos de estoque, designs personalizados e especializados são abundantes. No final, é melhor revisar as necessidades de equipamentos com um engenheiro de aplicativos para determinar o produto linear ideal adequado para as necessidades de aplicativos.