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Dove hanno senso i motori lineari?

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Gli attuatori che utilizzano motori lineari hanno un movimento dinamico elevato.

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I motori lineari offrono una resa superiore e quindi eccellono nelle apparecchiature mediche, nell'automazione industriale, nell'imballaggio e nella produzione di semiconduttori. Inoltre, i nuovi motori lineari risolvono i problemi di costo, calore e complessità di integrazione delle prime versioni. I motori lineari sono costituiti da una bobina (parte primaria o forzante) e da una piattaforma stazionaria, talvolta chiamata piastra o secondaria. I sottotipi sono numerosi, ma i due più comuni per l'automazione sono i motori lineari brushless ironcore e ironless.

I motori lineari sono generalmente più performanti degli azionamenti meccanici. Hanno lunghezze illimitate. Senza l'elasticità e il gioco delle configurazioni meccaniche, la precisione e la ripetibilità sono elevate e rimangono tali per tutta la durata della macchina. In effetti, solo i cuscinetti di guida di un motore lineare necessitano di manutenzione; tutti gli altri componenti secondari sono esenti da usura.

Dove eccellono i motori lineari Ironcore

I motori lineari Ironcore hanno bobine primarie attorno a un nucleo di ferro. Il secondario è solitamente una pista magnetica stazionaria. I motori lineari Ironcore funzionano bene nelle macchine per lo stampaggio a iniezione, nelle macchine utensili e nelle presse, perché producono un'elevata forza continua. Un'avvertenza è che i motori lineari con nucleo in ferro possono ingranare, perché l'attrazione magnetica del secondario sul primario varia durante il percorso della pista magnetica. In questo caso, la colpa è della forza di arresto. I produttori affrontano il problema dell'ingranaggio in diversi modi, ma è problematico quando l'obiettivo principale è una corsa fluida.

Tuttavia, i vantaggi dei motori lineari con nucleo in ferro sono numerosi. L'accoppiamento magnetico più forte (tra nucleo in ferro e magneti dello statore) consente un'elevata densità di forza. Pertanto, i motori lineari con nucleo in ferro hanno una forza maggiore rispetto ai motori lineari senza ferro. Inoltre, questi motori dissipano molto calore perché il nucleo di ferro disperde il calore generato dalla bobina durante il funzionamento, riducendo la resistenza termica bobina-ambiente meglio dei motori senza ferro. Infine, questi motori sono facili da integrare perché il forzante e lo statore si fronteggiano direttamente.

Motori lineari ironless per corse rapide

I motori lineari senza ferro sono privi di ferro nel primario, quindi sono più leggeri e producono un movimento più dinamico. Le bobine sono incorporate in una piastra epossidica. La maggior parte dei motori lineari senza ferro ha piste a U rivestite internamente da magneti. L'accumulo di calore può limitare le forze di spinta a un livello inferiore rispetto a quello dei motori con nucleo in ferro, ma alcuni produttori affrontano questo problema con canali e geometrie primarie innovative.

I brevi tempi di assestamento aumentano ulteriormente la dinamica dei motori lineari ironless, che consentono di effettuare movimenti rapidi e precisi. L'assenza di forze attrattive intrinseche tra primario e secondario rende i motori lineari ironless più facili da assemblare rispetto ai motori ironcore. Inoltre, i loro cuscinetti di supporto non sono soggetti a forze magnetiche e di solito durano più a lungo.

Si noti che i motori lineari hanno problemi sugli assi verticali e in ambienti difficili. Infatti, in assenza di un freno o di un contrappeso, i motori lineari (che sono intrinsecamente privi di contatto) lasciano cadere i carichi durante le situazioni di spegnimento.

Inoltre, alcuni ambienti difficili possono generare polvere e trucioli che si attaccano ai motori lineari, soprattutto nelle operazioni di lavorazione di parti metalliche. In questo caso, i motori lineari con nucleo in ferro (e la loro pista piena di magneti) sono più vulnerabili. Alcuni attuatori incorporano motori lineari ironcore o ironless e un design antipolvere per lavorare in questi ambienti. Quest'ultimo elimina i problemi associati ai soffietti che tradizionalmente proteggono gli assi lineari.

Quando scegliere gli attuatori con motore lineare integrato

La natura di azionamento diretto degli attuatori con motore lineare aumenta la produttività e la dinamica del sistema per una miriade di applicazioni industriali. Alcuni attuatori basati su motori lineari includono anche encoder per il feedback di posizione... per rendere i motori lineari facili da usare, anche rispetto ai sistemi basati su cinghie e viti a sfere. Alcuni di questi attuatori integrano strettamente il motore lineare, la guida e l'encoder ottico (o magnetico) per aumentare ulteriormente la densità di potenza.

In alcuni attuatori l'encoder si installa orizzontalmente, in modo che la sua posizione non sia influenzata da urti esterni. Alcuni di questi dispositivi possono raggiungere una velocità di 6 m/sec con un'accelerazione di 60 m/sec2 utilizzando un ingresso a 230-Vac. Sono possibili moduli con corse superiori a due metri. Le offerte standard includono solitamente un encoder magnetico per il feedback di posizione, anche se sono disponibili encoder ottici per una maggiore precisione. Altre opzioni includono configurazioni a più cursori e sistemi completi X-Y e a portale.

Rispetto ai tradizionali moduli a vite a sfere, gli attuatori basati su motori lineari offrono una migliore precisione e velocità, anche in molte condizioni di spinta, grazie all'azionamento diretto. Una più stretta integrazione aumenta anche la produttività e l'affidabilità. Alcuni di questi attuatori comprendono il motore lineare stesso, una base e un'ampia guida lineare che supporta un cursore in alluminio e una scala ottica per il feedback di posizione. Quando il motore lineare è privo di ferro, può essere abbinato a un cursore in alluminio per formare un progetto leggero che accelera rapidamente.

Alcuni attuatori compatti con motore lineare includono anche cursori con pattini di lubrificazione integrati per una lubrificazione ecologica. In questo caso, le estremità del pattino sono dotate di iniettori di grasso ermeticamente sigillati che forniscono la lubrificazione della pista di rotolamento attraverso la circolazione di sfere d'acciaio. In alcuni casi, i pattini di lubrificazione opzionali aggiungono la lubrificazione per un funzionamento a lungo termine con meno manutenzione, soprattutto sugli assi che effettuano corse brevi.

I motori lineari ironless presenti in alcuni attuatori sono inoltre privi di cogging, per cui l'asse è in grado di eseguire movimenti stabili sia quando si muove lentamente sia quando si muove rapidamente. In alcuni modelli, la ripetibilità con un encoder ottico lineare è di 2 mm. Alcuni attuatori sono disponibili con corse da 152 a 1.490 mm e rettilineità da 6 a 30 mm.

Esempio speciale: Applicazioni in camera bianca

Un'ultima opzione, particolarmente adatta ad applicazioni con corse brevi ed elevate velocità di ciclo, è rappresentata dagli attuatori con motore lineare in cui le parti mobili sono i magneti e la guida. In questo caso, non ci sono problemi di cavi in movimento che causano disconnessioni. Non ci sono problemi nemmeno con gli ambienti polverosi. Infatti, gli attuatori funzionano bene in ambienti sottovuoto e in camere bianche. Questo perché le bobine sono fisse e il calore viene facilmente dissipato verso le strutture di montaggio. Alcuni di questi attuatori a motore lineare erogano una forza continua di 94,2 o 188,3 N e una forza di picco di 242,1 o 484,2 N - accettando una corrente continua di 3,5, 7 o 14 A a seconda della versione. Le corse raggiungono i 430 mm.

Parametri per specificare gli stadi con motore lineare

Quando si specificano attuatori o stadi basati su motori lineari, si devono considerare i seguenti criteri per ogni porzione del profilo di movimento del progetto:

- Qual è la condizione di movimento nota?

- Qual è la massa del carico, la massa del sistema, la corsa effettiva, il tempo di movimento e il tempo di sosta?

- Qual è la condizione dell'azionamento, la tensione massima di uscita, la corrente continua e di picco?

- Di che tipo di risoluzione dell'encoder ha bisogno l'installazione? Deve essere analogico o digitale?

- In che tipo di ambiente di lavoro lavorerà l'attuatore o lo stadio? Quale sarà la temperatura ambiente? La macchina sarà soggetta a condizioni di vuoto o di camera bianca?

- Quali sono i requisiti dell'applicazione in termini di precisione del movimento e di posizionamento?

- L'attuatore o lo stadio a motore lineare movimenterà carichi in orizzontale, in verticale o ad angolo? L'installazione deve essere montata a parete? È soggetta a vincoli di spazio?

Rispondere a queste domande aiuterà i progettisti a identificare l'iterazione di motore lineare più appropriata per un determinato macchinario.