Configuração típica do projeto do sistema de movimento

O movimento linear é essencial para muitas máquinas móveis, e a natureza de acionamento direto dos motores lineares pode simplificar o projeto geral da máquina nessas aplicações. Outros benefícios incluem maior rigidez, pois os motores lineares são fixados diretamente à carga.

Integrar esses motores (e os componentes periféricos que eles exigem) pode parecer desafiador, mas o processo pode ser dividido em cinco etapas simples. Seguir esse processo passo a passo permite que os construtores de máquinas e robôs colham os benefícios dos motores lineares sem esforço ou complexidade desnecessários.

1. Determine o tipo de motor: núcleo de ferro versus sem ferro

O primeiro passo é selecionar o motor linear entre os tipos disponíveis.

Motores com núcleo de ferro: Os motores com núcleo de ferro são os mais comuns e adequados para aplicações de automação em geral. Núcleo de ferro refere-se à construção da bobina deste motor, que consiste em lâminas de núcleo de ferro. Uma configuração típica consiste em uma trilha magnética estacionária de um lado e uma bobina ou força motriz móvel. O núcleo de ferro maximiza a força de empuxo gerada e cria uma força de atração magnética entre a bobina e os ímãs.

Essa força de atração magnética pode ser usada para aumentar efetivamente a rigidez do sistema de guia linear, pré-carregando os mancais de movimento linear. A pré-carga magnética também pode aumentar a resposta de frequência do sistema, melhorando a desaceleração e a estabilização.

Por outro lado, a força de atração deve ser adequadamente suportada pelo aumento da capacidade de carga dos elementos de suporte e mancais lineares. Isso pode comprometer a liberdade de projeto mecânico da máquina.

Uma segunda configuração de motor linear com núcleo de ferro consiste em um par de trilhos magnéticos fixos posicionados em cada lado da bobina móvel. Esta construção patenteada anula os efeitos da atração magnética, ao mesmo tempo que proporciona a maior força por área de seção transversal. O design balanceado reduz a carga do rolamento, permitindo o uso de rolamentos de movimento linear menores e reduzindo o ruído do rolamento.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VantagensMotores sem ferro: Também existem motores lineares sem ferro; esses motores não têm ferro em suas bobinas, então não há atração entre os membros do motor.

O tipo mais comum de motor sem ferro é o canal U: duas trilhas magnéticas são unidas para formar um canal no qual a bobina do motor (ou força) se move. Este motor é ideal para aplicações que exigem baixa ondulação de velocidade e alta aceleração. A força de atração zero e a natureza de zero cogging da construção sem ferro minimizam a ondulação de torque; a aceleração é aumentada porque a bobina é relativamente leve.

Uma segunda configuração sem ferro tem a forma de um cilindro. Ímãs são empilhados dentro de um tubo de aço inoxidável, e a bobina do motor se move ao redor do cilindro. Essa configuração é adequada para substituir fusos de esferas, pois produz velocidades e precisão de posicionamento muito maiores, praticamente no mesmo envelope.

Dimensionamento da bobina e comprimento da pista

Independentemente da configuração, todas as bobinas de motores lineares devem ser dimensionadas de acordo com os requisitos da aplicação: carga aplicada, perfil de movimento alvo, ciclo de trabalho, precisão, vida útil e ambiente operacional. Dica: Solicite suporte técnico de fabricantes de motores lineares e softwares de dimensionamento (que geralmente são gratuitos) para selecionar o melhor tipo e tamanho de motor para uma aplicação específica.

As seções de trilhos magnéticos são oferecidas em diversos comprimentos e podem ser empilhadas de ponta a ponta para atingir o comprimento de deslocamento desejado, sendo o comprimento total do ímã praticamente ilimitado. Para simplificar o projeto e reduzir custos, é melhor usar as seções de trilhos magnéticos de maior comprimento disponíveis do fabricante.

2. Escolha um codificador

A segunda etapa do projeto de um sistema de motor linear é a seleção do encoder linear. Os mais comuns são encoders lineares incrementais com sensores de leitura ópticos ou magnéticos. Selecione um encoder com a resolução e a precisão necessárias para a aplicação e que seja adequado ao ambiente da máquina.

O feedback do encoder é normalmente enviado de volta ao servoamplificador por meio de um trem de pulsos analógico senoidal ou digital. Outra opção é o feedback do encoder serial de alta velocidade — proporcionando maiores taxas de dados, maior resolução de bits, maior imunidade a ruídos, cabos mais longos e informações de alarme abrangentes.

As comunicações seriais se conectam de duas maneiras.

A comunicação direta entre o amplificador e o codificador é possível com codificadores que apresentam um protocolo de codificador serial compatível com o amplificador.

Quando um encoder não possui saída serial (ou quando o protocolo de saída serial é incompatível com o amplificador), um módulo conversor serial pode ser usado. Nesse caso, o módulo recebe um sinal analógico do encoder juntamente com o sinal do sensor Hall, subdivide o sinal analógico e transmite os dados desse sinal serialmente para o servoamplificador. Os dados do sensor Hall são usados ​​na inicialização e para verificar o feedback do encoder.

Vários fabricantes de codificadores lineares agora oferecem codificadores lineares absolutos que suportam uma variedade de protocolos de comunicação serial, incluindo protocolos proprietários de fabricantes de amplificadores terceirizados.

3. Escolha o amplificador

A terceira etapa do processo de projeto é a seleção do servoamplificador. O amplificador deve ser dimensionado corretamente para o motor.

Plug and play é um recurso oferecido apenas por fornecedores que fabricam servomotores e amplificadores. Alguns fornecedores oferecem plug and play para reduzir o tempo de inicialização e garantir a configuração correta.

Alguns servoamplificadores contam com reconhecimento automático do motor e um modo sem ajuste, o que elimina a necessidade de ajustar o sistema servo. Com este software, as especificações do motor (incluindo características de sobrecarga) são carregadas automaticamente para o servoamplificador a partir do motor na inicialização. Isso elimina possíveis erros do usuário ao inserir as especificações do motor, praticamente eliminando o risco de descontrole do motor e erros de fase.

4. Selecione os elementos de suporte e os rolamentos

As duas etapas finais do projeto caminham juntas para concluir o projeto do sistema de motor linear: a quarta etapa é selecionar um sistema de rolamento de movimento linear e a quinta é projetar os membros de suporte.

Existem dois alinhamentos importantes na maioria dos conjuntos de motores lineares: a distância entre o motor e o ímã, entre a bobina e a trilha magnética, e a distância entre a cabeça de leitura do encoder e a escala linear. Este último critério é eliminado ao selecionar um encoder linear fechado.

Pontas:

Os rolamentos de movimento linear devem fornecer precisão suficiente para atender às tolerâncias de folga, enquanto os membros de suporte devem ser projetados para espaçar adequadamente os componentes e atender aos requisitos de paralelismo dos rolamentos lineares e do codificador.

Uma vez atendidos esses critérios, a seleção e o projeto dos rolamentos e elementos de suporte dependem, em última análise, dos requisitos de desempenho da máquina. Aplicações que exigem alta precisão e exatidão exigem um encoder de alta resolução e precisão, além de rolamentos lineares de alta precisão.

Ao dimensionar esses rolamentos, leve em consideração a carga útil e as forças magnéticas atrativas associadas aos motores lineares com núcleo de ferro. Em muitos casos, os elementos de suporte dos rolamentos lineares e das trilhas magnéticas podem ser parte integrante da estrutura da máquina.