Os motores lineares redefiniram o que é possível no controle de movimento, com desempenho mais rápido, preciso e confiável em comparação aos atuadores lineares tradicionais acionados por motores rotativos. A propriedade única 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 acoplada diretamente 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, menor tempo de desenvolvimento e menores custos de engenharia, a adoção da tecnologia de motores lineares se torna cada vez mais popular, alavancando projetos modulares de motores lineares. Eles são encontrados em metrologia, sistemas de corte de precisão, equipamentos de fabricação de semicondutores e eletrônicos, manuseio de wafers, litografia, sistemas de inspeção visual, equipamentos e dispositivos médicos, sistemas de teste, aeroespacial e defesa, automação de linhas 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 exige detalhes significativos de projeto 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 operar 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 poucos dias, em vez de meses ou até anos.

Nove componentes principais compõem os sistemas de motores lineares:

1. Uma placa de 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 linear sobre os quais o carro é guiado e conectado à base
6. Um codificador linear para feedback de posição
7. Paradas finais
8. Uma trilha de cabos
9. Fole opcional para proteger o trilho magnético, o codificador e os trilhos lineares contra contaminação ambiental.

Malha 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 exige um detalhamento significativo do projeto e habilidade de montagem. Por exemplo, a trilha magnética e a bobina móvel do motor devem ser planas, paralelas e montadas com um entreferro específico entre elas. A bobina móvel desliza sobre um carro conectado a trilhos de rolamento lineares de precisão paralelos acima da trilha magnética. O encoder 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 projeto de montagem robusto para suportar acelerações de até 5 Gs. Com motores lineares modulares, esses detalhes já são considerados e pré-projetados de fábrica.

Sistemas de motores lineares modulares como o mostrado são utilizados quando se necessita de movimento linear preciso, de alta velocidade e repetível. O sistema é uma alternativa aos atuadores de fuso de esferas, correia e cremalheira e pinhão.

Controladores de movimento sofisticados e servoacionamentos são utilizados para controlar o movimento do motor linear. Os motores lineares apresentam uma vantagem definitiva em termos de rigidez e resposta em frequência. Em certas faixas de frequência, eles apresentam uma rigidez que supera os fusos de esferas tradicionais por um fator notável de 10 ou mais. Com essa característica, os motores lineares podem lidar com altas larguras de banda de posição e malha de velocidade com precisão impressionante, mesmo com perturbações externas. Ao contrário dos fusos de esferas, que frequentemente encontram frequências de ressonância entre 10 e 100 Hz, os motores lineares operam em frequências mais altas, colocando suas ressonâncias bem além da largura de banda da malha de posição.

No entanto, há uma compensação associada à remoção da transmissão mecânica. Componentes mecânicos, como fusos de esferas, ajudam a reduzir perturbações causadas por forças da máquina, frequências ressonantes naturais ou vibrações entre eixos. Sua eliminação deixa os motores lineares diretamente expostos a tais perturbações. Consequentemente, a compensação dessas perturbações torna-se responsabilidade do controlador de movimento e da eletrônica de acionamento, que devem lidar com elas diretamente — atuando diretamente no eixo servo. É aí que os sofisticados algoritmos de movimento em malha fechada atuais entram em ação para eliminar ressonâncias e fornecer um controle de malha de posição excepcional.

No âmbito dos atuadores lineares, os motores lineares oferecem excepcional capacidade técnica. A capacidade dos motores de exibir rigidez superior e operar em frequências mais altas os diferencia das alternativas tradicionais. Ao desafiar as frequências de ressonância e manter alta precisão mesmo na presença de perturbações externas, os motores lineares oferecem uma solução convincente.

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 malhas de velocidade e posição normalmente começam em 5 kHz. Um eixo de motor linear pode ter uma largura de banda da malha de posição de cinco a dez vezes maior que a de um eixo acionado por motor rotativo convencional, onde frequências de 1 ou 2 kHz são aceitáveis. Alguns controladores de movimento atuais podem ter taxas de amostragem de 20 kHz ou mais, o que permite controle de feedback de altíssima velocidade e controle de trajetória ultrapreciso.

Como a maioria dos fabricantes de motores lineares modulares também são especialistas em controle de movimento e servo, muitos desafios de malha 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

Adquiri experiência valiosa com motores lineares anos atrás, com uma equipe de engenheiros que embarcava em um projeto revolucionário: criar a primeira máquina de corte a laser do mundo baseada em motores lineares. O uso de motores lineares foi a solução perfeita para revolucionar o setor, já que as tecnologias tradicionais de atuadores lineares acionados por servomotores rotativos não conseguiam oferecer os recursos de alto desempenho alcançáveis ​​com motores lineares.

Implementar a tecnologia não foi uma tarefa fácil. À medida que nos aprofundamos no projeto, percebemos que nossa aplicação exigia especificações de desempenho de motores lineares que não estavam disponíveis comercialmente. Sem nos deixar abater, decidimos projetar motores lineares especificamente para nossa aplicação.

Enfrentamos inúmeros desafios, pois precisávamos mover um sistema de pórtico de 454 kg a uma velocidade de 2,5 m/s com aceleração de 1,5 G, o que significava que tínhamos que projetar um motor linear capaz de produzir forças extremas. Nossa equipe perseverou, dedicando incontáveis ​​horas em pesquisa e desenvolvimento até finalmente concebermos 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 impressionante considerar o 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 iniciamos nossa jornada de design de motores lineares na década de 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, precisos e confiáveis, que podem ser implementados rapidamente para beneficiar uma ampla gama de aplicações em diversos setores.