Rivoluzionare il controllo del movimento con i motori lineari

Jun 19, 2023

I motori lineari hanno ridefinito ciò che è possibile nel controllo del movimento con prestazioni più veloci, più precise e più affidabili rispetto ai tradizionali attuatori lineari azionati da motore rotativo. La proprietà unica di un motore lineare è che il carico viene spostato senza componenti meccanici di trasmissione della potenza. Invece, la forza lineare generata dal campo magnetico della bobina del motore è direttamente accoppiata al carico. Ciò elimina i dispositivi meccanici che convertono il movimento rotatorio in lineare, migliorando così la durata, la precisione, la velocità e le prestazioni complessive del sistema.

Poiché cresce la domanda di maggiore produttività, qualità del prodotto più elevata, tempi di sviluppo rapidi e costi di progettazione inferiori, l'adozione della tecnologia dei motori lineari è sempre più popolare sfruttando i design modulari dei motori lineari. Si trovano in metrologia, sistemi di taglio di precisione, apparecchiature per la produzione di semiconduttori ed elettronica, manipolazione di wafer, litografia, sistemi di ispezione visiva, apparecchiature e dispositivi medici, sistemi di test, aerospaziale e difesa, automazione delle catene di montaggio, applicazioni di stampa e imballaggio e molte altre applicazioni. che richiedono una produttività elevata e un movimento lineare ad alta precisione.

Oggi, la nuova generazione di motori lineari modulari ha cambiato le regole del gioco. I motori lineari modulari chiavi in ​​mano possono essere facilmente imbullonati su un sistema e sono pronti per funzionare immediatamente, riducendo significativamente i tempi di progettazione. Gli ingegneri possono ora sfruttare i potenti vantaggi della tecnologia dei motori lineari modulari nella progettazione delle loro macchine in pochi giorni, invece che in mesi o addirittura anni.

Nove componenti principali comprendono i sistemi di motori lineari:

Una piastra di base

Una bobina del motore

Una traccia magnetica permanente (normalmente magneti al neodimio)

Un carrello che collega la bobina del motore al carico

Guide lineari su cui scorre il carrello e che si collegano alla base

Un encoder lineare per il feedback della posizione

La fine si ferma

Una via cavo

Soffietti opzionali per proteggere la pista magnetica, l'encoder e le guide lineari dalla contaminazione ambientale.

I componenti di un motore lineare devono essere lavorati e assemblati con processi ripetibili e ad alta precisione. Il corretto allineamento di queste parti è fondamentale e richiede notevoli dettagli di progettazione e abilità di assemblaggio. Ad esempio, la pista magnetica e la bobina del motore mobile devono essere piatte, parallele e montate con un particolare traferro tra di loro. La bobina mobile scorre su un carrello collegato a guide lineari di precisione parallele sopra la pista magnetica. L'encoder di posizione con scala lineare e testina di lettura è un'altra parte critica di un motore lineare che richiede procedure di allineamento adeguate e un design di montaggio robusto per resistere ad accelerazioni fino a 5 G. Con i motori lineari modulari, questi dettagli sono già presi in considerazione e preingegnerizzati fuori dagli schemi.

Sofisticati controller di movimento e servoazionamenti vengono utilizzati per controllare il movimento del motore lineare. I motori lineari presentano un netto vantaggio in termini di rigidità e risposta in frequenza. In determinati intervalli di frequenza, mostrano una rigidità che supera le tradizionali viti a ricircolo di sfere di un notevole fattore pari a 10 o più. Con questo attributo, i motori lineari possono gestire ampie larghezze di banda di posizione e anello di velocità con precisione impressionante, anche con disturbi esterni. A differenza delle viti a ricircolo di sfere, che spesso incontrano frequenze di risonanza comprese tra 10 e 100 Hz, i motori lineari funzionano a frequenze più elevate, ponendo le loro risonanze ben oltre la larghezza di banda dell'anello di posizione.

Tuttavia, esiste un compromesso associato alla rimozione della trasmissione meccanica. I componenti meccanici, come le viti a ricircolo di sfere, aiutano a ridurre i disturbi derivanti dalle forze della macchina, dalle frequenze di risonanza naturali o dalle vibrazioni trasversali. La loro eliminazione lascia i motori lineari direttamente esposti a tali interruzioni. Di conseguenza, la compensazione di questi disturbi diventa responsabilità del controller di movimento e dell’elettronica di azionamento, che devono affrontarli direttamente, agendo direttamente sul servoasse. È qui che entrano in gioco i sofisticati algoritmi di movimento a circuito chiuso di oggi per eliminare le risonanze e fornire un notevole controllo del circuito di posizione.