Os motores lineares redefiniram o que é possível no controle de movimento com desempenho mais rápido, mais preciso e mais confiável em comparação com os atuadores lineares tradicionais acionados por motor rotativo. A propriedade exclusiva de um motor linear é que a carga é movida sem componentes mecânicos de transmissão de potência. Em vez disso, a força linear gerada pelo campo magnético da bobina do motor é diretamente acoplada à carga. Isso elimina dispositivos mecânicos que convertem o movimento rotativo em linear, aumentando assim a vida útil, a precisão, a velocidade e o desempenho geral do sistema.

À medida que cresce a demanda por maior produtividade, maior qualidade do produto, rápido tempo de desenvolvimento e menores custos de engenharia, a adoção da tecnologia de motor linear é cada vez mais popular, aproveitando projetos de motores lineares modulares. Eles são encontrados em metrologia, sistemas de corte de precisão, equipamentos de fabricação de semicondutores e eletrônicos, manuseio de wafer, litografia, sistemas de inspeção visual, equipamentos e dispositivos médicos, sistemas de teste, aeroespacial e defesa, automação de linha de montagem, aplicações de impressão e embalagem e muitas outras aplicações. que exigem alto rendimento e movimento linear de alta precisão.

Os componentes de um projeto de motor linear precisam ser usinados e montados com alta precisão e processos repetíveis. O alinhamento adequado dessas peças é fundamental e requer detalhes de projeto significativos e habilidade de montagem.

Hoje, a nova geração de motores lineares modulares mudou o jogo. Motores lineares modulares prontos para uso podem ser facilmente aparafusados ​​em um sistema e estão prontos para funcionar imediatamente, reduzindo significativamente o tempo de engenharia. Os engenheiros agora podem aproveitar os poderosos benefícios da tecnologia de motor linear modular em seus projetos de máquinas em poucos dias, em vez de meses ou até anos.

Nove componentes principais compreendem sistemas de motores lineares:

1. Uma placa base
2. Uma bobina de motor
3. Uma trilha magnética permanente (normalmente ímãs de neodímio)
4. Um carro que conecta a bobina do motor à carga
5. Trilhos de rolamento lineares nos quais o carro é guiado e conectados à base
6. Um codificador linear para feedback de posição
7. Paradas finais
8. Uma trilha de cabo
9. Fole opcional para proteger a trilha magnética, o codificador e os trilhos lineares contra contaminação ambiental.

CIRCUITO DE CONTROLE

Os componentes de um projeto de motor linear precisam ser usinados e montados com alta precisão e processos repetíveis. O alinhamento adequado dessas peças é fundamental e requer detalhes de projeto significativos e habilidade de montagem. Por exemplo, a pista magnética e a bobina móvel do motor devem ser planas, paralelas e montadas com um espaço de ar específico entre elas. A bobina móvel gira em um carro conectado a trilhos de rolamento linear de precisão paralelos acima da trilha magnética. O codificador de posição com escala linear e cabeçote de leitura é outra parte crítica de um motor linear que exige procedimentos de alinhamento adequados e um design de montagem robusto para suportar acelerações de até 5 Gs. Com motores lineares modulares, esses detalhes já são levados em consideração e pré-projetados imediatamente.

Sistemas de motores lineares modulares como o mostrado são usados ​​quando é necessário movimento linear preciso, de alta velocidade e repetível. O sistema é uma alternativa aos atuadores de fuso de esfera, correia e pinhão e cremalheira.

Controladores de movimento sofisticados e servoacionamentos são usados ​​para controlar o movimento do motor linear. Os motores lineares apresentam uma vantagem definitiva em relação à rigidez e resposta de frequência. Em certas faixas de frequência, eles apresentam uma rigidez que supera os parafusos de esferas tradicionais por um fator notável de 10 ou mais. Com esse atributo, os motores lineares podem lidar com altas larguras de banda de malha de posição e velocidade com precisão impressionante, mesmo com distúrbios externos. Ao contrário dos parafusos esféricos, que frequentemente encontram frequências ressonantes entre 10 e 100 Hz, os motores lineares operam em frequências mais altas, colocando suas ressonâncias bem além da largura de banda do circuito de posição.

No entanto, existe uma compensação associada à remoção da transmissão mecânica. Componentes mecânicos, como parafusos esféricos, ajudam a diminuir perturbações causadas por forças da máquina, frequências ressonantes naturais ou vibrações de eixo cruzado. Sua eliminação deixa os motores lineares diretamente expostos a tais interrupções. Conseqüentemente, a compensação desses distúrbios passa a ser responsabilidade do controlador de movimento e da eletrônica de acionamento, que deve enfrentá-los de frente - agindo diretamente no servoeixo. É aí que os sofisticados algoritmos de movimento de malha fechada de hoje entram em ação para eliminar ressonâncias e fornecer controle de malha de posição notável.

Dentro do domínio dos atuadores lineares, os motores lineares fornecem proezas técnicas excepcionais. A capacidade dos motores de exibir rigidez superior e operar em frequências mais altas os diferencia das alternativas tradicionais. Ao desafiar as frequências ressonantes e manter a alta precisão mesmo na presença de interrupções externas, os motores lineares oferecem uma solução atraente.

No entanto, a ausência de transmissão mecânica exige estratégias de compensação robustas para neutralizar perturbações, garantindo o desempenho e a confiabilidade contínuos do sistema. As frequências de amostragem do controlador de movimento para loops de velocidade e posição normalmente começam em 5 kHz. Um eixo de motor linear pode ter uma largura de banda de loop de posição cinco a dez vezes maior que um eixo acionado por motor rotativo convencional, onde frequências de 1 ou 2 kHz são aceitáveis. Alguns controladores de movimento atuais podem obter taxas de amostragem de 20 kHz ou mais, o que permite controle de feedback de altíssima velocidade e controle de caminho ultrapreciso.

Como a maioria dos fabricantes de motores lineares modulares também são especialistas em controle de movimento e servo, muitos desafios do circuito de controle e preocupações com ressonância mecânica também foram bem pensados, e soluções e ferramentas são fornecidas para mitigar esses desafios.

APLICAÇÃO DE MOTOR LINEAR

Ganhei uma experiência valiosa no uso de motores lineares anos atrás, com uma equipe de engenheiros embarcando em um projeto revolucionário: criar a primeira máquina de corte a laser baseada em motor linear do mundo. O uso de motores lineares foi a solução perfeita para revolucionar o setor, já que as tecnologias tradicionais de atuadores lineares acionadas por servomotores rotativos não conseguiam fornecer os recursos de alto desempenho alcançáveis ​​com motores lineares.

Implementar a tecnologia não foi uma tarefa fácil. À medida que avançávamos no projeto, percebemos que nossa aplicação exigia especificações de desempenho de motor linear que não estavam disponíveis comercialmente. Implacáveis, decidimos projetar motores lineares especificamente para nossa aplicação.

Enfrentamos vários desafios, pois precisávamos mover um sistema de pórtico de 1.000 libras a uma velocidade rápida de 2,5 m/s com aceleração de 1,5 G, o que significa que tínhamos que projetar um motor linear que pudesse produzir forças extremas. Nossa equipe perseverou, dedicando incontáveis ​​horas em pesquisa e desenvolvimento até que finalmente desenvolvemos um motor linear que pudesse atender às demandas de nossa máquina de corte a laser. Foi um momento de orgulho quando finalmente vimos nossos motores lineares em ação 14 meses depois, impulsionando o sistema de pórtico com incrível velocidade, facilidade e precisão. O desempenho alcançado foi sem precedentes. É notável considerar quão mais rápido nosso conceito de máquina poderia ter sido concluído se motores lineares modulares prontos para uso estivessem disponíveis naquela época.

A tecnologia de motores lineares evoluiu muito desde que embarcamos em uma jornada de design de motores lineares nos anos 90. Com a introdução de novos designs modulares, o potencial de inovação e progresso no design de movimento e motores lineares é maior do que nunca. Os motores lineares modulares estão redefinindo o que é possível, com recursos de controle de movimento mais rápidos, precisos e confiáveis ​​que podem ser implantados rapidamente para beneficiar uma ampla gama de aplicações em muitos setores.