Os motores lineares redefiniram o que é possível em controle de movimento, com desempenho mais rápido, mais preciso e mais confiável em comparação com os atuadores lineares tradicionais acionados por motores rotativos. A propriedade exclusiva de um motor linear é que a carga é movida sem componentes de transmissão de energia mecânica. 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, a precisão, a velocidade e o desempenho geral do sistema.

À medida que a demanda cresce para aumentar a produtividade, maior qualidade do produto, tempo de desenvolvimento rápido e menores custos de engenharia, a adoção da tecnologia motora linear é cada vez mais popular, alavancando projetos de motores lineares modulares. Eles são encontrados em metrologia, sistemas de corte de precisão, equipamentos de fabricação de semicondutores e eletrônicos, manuseio de bolas, litografia, sistemas de inspeção de visão, 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 requerem alto rendimento e movimento linear de alta precisão.

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

Hoje, a nova geração de motores lineares modulares mudou o jogo. Os motores lineares modulares da mão -chave 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 motores lineares modulares em seus projetos de máquinas em meros dias, em oposição a meses ou até anos.

Nove componentes principais compreendem sistemas motores lineares:

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

Loop de controle

Os componentes de um design de motor linear precisam ser usinados e montados com alta precisão e processos repetíveis. O alinhamento adequado dessas peças é crítico e requer detalhes significativos de projeto e habilidade de montagem. Por exemplo, a pista magnética e a bobina do motor em movimento devem ser planas, paralelas e montadas com um espaço de ar específico entre eles. A bobina móvel monta em um carro conectado a trilhos de mancal linear de precisão paralela acima da pista magnética. O codificador de posição com uma escala linear e a cabeça 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 contabilizados e pré-engenhados prontos para uso.

São necessários sistemas de motores lineares modulares como o mostrado quando são necessários quando é necessário um movimento linear preciso, de alta velocidade e repetível. O sistema é uma alternativa aos atuadores de parafuso de bola, cinto e rack e pinhão.

Controladores de movimento sofisticados e unidades servo são usadas para controlar o movimento do motor linear. Os motores lineares têm uma vantagem definitiva em relação à rigidez e resposta à frequência. Em certas faixas de frequência, eles exibem uma rigidez que supera os parafusos tradicionais de bola por um fator notável de 10 ou mais. Com esse atributo, os motores lineares podem lidar com larguras de banda de alta posição e loop de velocidade com precisão impressionante, mesmo com distúrbios externos. Ao contrário dos parafusos de bola, que geralmente encontram frequências ressonantes entre 10 e 100 Hz, os motores lineares operam em frequências mais altas, colocando suas ressonâncias muito além da largura de banda do loop de posição.

No entanto, há uma troca associada à remoção da transmissão mecânica. Componentes mecânicos, como parafusos de bola, ajudam a diminuir os distúrbios das forças das máquinas, frequências ressonantes naturais ou vibrações no eixo cruzado. Sua eliminação deixa motores lineares expostos diretamente a essas interrupções. Consequentemente, compensar esses distúrbios torna-se responsabilidade do controlador de movimento e eletrônicos de acionamento, que devem enfrentá-los de frente-agindo diretamente no eixo servo. É aí que os sofisticados algoritmos de movimento de circuito fechado de hoje entram em jogo para eliminar as ressonâncias e fornecer notável controle de loop de posição.

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 requer estratégias de compensação robustas para combater os distúrbios, garantindo o desempenho e a confiabilidade contínuos do sistema. As frequências de amostragem do controlador de movimento para loops de velocidade e posição geralmente começam a 5 kHz. Um eixo do motor linear pode ter uma largura de banda de alça de posição cinco a dez vezes a de um eixo convencional acionado por motor rotativo, onde as frequências de 1 ou 2 kHz são aceitáveis. Alguns controladores de movimento atuais podem amostrar taxas de 20 kHz ou mais, o que permite o controle de feedback de alta velocidade e controle de caminho ultrapreco.

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

Aplicação do motor linear

Ganhei uma experiência valiosa usando motores lineares anos atrás, com uma equipe de engenheiros embarcando em um projeto revolucionário: criar a primeira máquina de corte laser linear à base de motor do mundo. O uso de motores lineares foi o ajuste perfeito para atrapalhar a indústria, pois as tecnologias tradicionais de atuadores lineares impulsionados por motores de servo rotativos não podiam fornecer os recursos de alto desempenho possível com motores lineares.

Implementar a tecnologia não foi uma tarefa fácil. À medida que entramos no projeto, percebemos que nosso aplicativo exigia especificações de desempenho do motor linear que não estavam disponíveis comercialmente. Sem se intrometer, decidimos projetar motores lineares especificamente para o nosso aplicativo.

Enfrentamos vários desafios, pois precisávamos mover um sistema de pórtico de 1.000 libras a uma taxa rápida de 2,5 m/s com aceleração de 1,5 g, o que significa que tivemos que projetar um motor linear que pudesse produzir forças extremas. Nossa equipe perseverou, despejando inúmeras horas em pesquisa e desenvolvimento até que finalmente planejamos um motor linear que poderia atender às demandas de nossa máquina de corte a laser. Foi um momento de orgulho em que finalmente vimos nossos motores lineares em ação 14 meses depois, impulsionando o sistema de pórtico com velocidade, facilidade e precisão incríveis. O desempenho alcançado foi sem precedentes. É notável considerar o quanto mais rápido nosso conceito de máquina poderia ter sido concluído se os motores lineares modulares da mão estivessem disponíveis na época.

A tecnologia de motor linear evoluiu muito desde que embarcamos em uma viagem de design de motor linear nos anos 90. Com a introdução de novos designs modulares, o potencial de inovação e progresso em 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, mais precisos e confiáveis ​​que podem ser implantados rapidamente para beneficiar uma ampla gama de aplicações em muitos setores.