Selezione del motore appropriato per applicazioni di movimento lineare

I sistemi di movimento lineare si trovano all'interno di innumerevoli macchine tra cui sistemi di taglio laser di precisione, apparecchiature per l'automazione di laboratorio, macchine per la fabbricazione di semiconduttori, macchine CNC, automazione

Si va dal relativamente semplice come un economico attuatore del sedile in un'autovettura, a un complesso sistema di coordinate multiasse completo di controllo e elettronica di azionamento per il posizionamento ad anello chiuso. Non importa quanto semplice o complesso sia il sistema di movimento lineare, al livello più elementare, hanno tutti una cosa in comune: spostare un carico attraverso una distanza lineare in un determinato periodo di tempo.

Una delle domande più comuni quando si progetta un sistema di movimento lineare è incentrata sulla tecnologia dei motori. Una volta scelta la tecnologia, il motore deve essere dimensionato per soddisfare le esigenze di accelerazione del carico, superamento dell'attrito nel sistema e superamento dell'effetto della gravità, il tutto mantenendo una temperatura di esercizio massima sicura. La coppia, la velocità, la potenza e la capacità di posizionamento del motore sono una funzione del design del motore, insieme all'azionamento e al controllo.

CON CHE MOTORE DEVO INIZIARE?

Ci sono molte domande applicative da considerare quando si progetta un sistema di movimento lineare utilizzando una particolare tecnologia del motore. Una spiegazione esauriente dell'intero processo va oltre lo scopo di questo articolo. L'intento è quello di farti pensare a porre le domande giuste quando parli con un fornitore di motori.

Non esiste il miglior motore per ogni applicazione, ma il miglior motore per una particolare applicazione. Nella stragrande maggioranza delle applicazioni di movimento incrementale, la scelta sarà tra un motore passo-passo, un motore CC con spazzole o un motore CC senza spazzole. I sistemi di movimento più complessi possono utilizzare motori lineari accoppiati direttamente al carico, evitando la necessità di conversione meccanica della potenza; non c'è bisogno di traslazione attraverso un sistema di vite di comando/vite a ricircolo di sfere, riduttore o puleggia. Sebbene sia possibile ottenere la massima precisione, ripetibilità e risoluzione di posizionamento con i servosistemi lineari ad azionamento diretto coreless, sono i costi e la complessità più elevati rispetto ai motori rotativi. Un'architettura che utilizza motori rotativi è molto meno costosa e soddisferà la maggior parte delle applicazioni di movimento lineare; tuttavia, per pilotare il carico sono necessari alcuni mezzi di conversione da "rotatorio a lineare" (e, di conseguenza, la conversione di potenza).

I motori passo-passo, a spazzole e senza spazzole sono tutti considerati motori a corrente continua; tuttavia, esistono sottigliezze che faranno sì che un ingegnere preferisca un tipo rispetto agli altri due in una particolare applicazione. Va sottolineato che questa scelta è fortemente dipendente dai requisiti di progettazione del sistema, non solo in termini di velocità e coppia, ma anche di precisione di posizionamento, ripetibilità e requisiti di risoluzione. Non esiste un motore perfetto per ogni applicazione e tutte le decisioni richiederanno compromessi di progettazione. Al livello più elementare, tutti i motori, siano essi chiamati AC o DC, brush, brushless o qualsiasi altro motore elettrico, funzionano secondo lo stesso principio fisico per generare coppia: l'interazione dei campi magnetici. Ci sono differenze notevoli, tuttavia, nel modo in cui queste varie tecnologie dei motori rispondono in applicazioni particolari. Le prestazioni complessive del motore, la risposta e la generazione di coppia dipendono dal metodo di eccitazione del campo e dalla geometria del circuito magnetico inerente alla progettazione fisica del motore, dal controllo della tensione e della corrente di ingresso da parte del controller/azionamento e dal metodo di feedback della velocità o della posizione, se il l'applicazione richiede.

Le tecnologie DC stepper, brush servo e brushless servo motor utilizzano tutte un'alimentazione DC per alimentarle. Per le applicazioni di movimento lineare, ciò non significa che una sorgente fissa di CC possa essere applicata direttamente agli avvolgimenti del motore; l'elettronica è necessaria per controllare la corrente dell'avvolgimento (relativa alla coppia di uscita) e la tensione dell'avvolgimento (relativa alla velocità di uscita). Di seguito è riportato un riepilogo dei punti di forza e di debolezza delle 3 tecnologie.