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Cinco pasos para la integración del motor lineal

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Configuración típica del diseño del sistema de movimiento

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El movimiento lineal es fundamental para muchas máquinas en movimiento, y la naturaleza de accionamiento directo de los motores lineales puede simplificar el diseño general de la máquina en estas aplicaciones. Otras ventajas son la mejora de la rigidez, ya que los motores lineales se fijan directamente a la carga.

La integración de estos motores (y los componentes periféricos que requieren) puede parecer desalentadora, pero el proceso puede desglosarse en cinco pasos sencillos. El seguimiento de este proceso paso a paso permite a los fabricantes de máquinas y robots obtener beneficios de los motores lineales sin esfuerzo o complejidad adicionales.

1. Determinar el tipo de motor: Núcleo de hierro versus sin hierro

El primer paso es seleccionar el motor lineal de los tipos disponibles.

Motores con núcleo de hierro: Los motores con núcleo de hierro son los más comunes, y son adecuados para aplicaciones de automatización general. El núcleo de hierro se refiere a la construcción de la bobina de este motor, que consiste en laminaciones de núcleo de hierro. Una configuración típica consiste en una pista de imanes estacionaria de un solo lado y una bobina o forzador de motor móvil. El núcleo de hierro maximiza la fuerza de empuje generada y crea una fuerza de atracción magnética entre la bobina y los imanes.

Esta fuerza de atracción magnética se puede utilizar para aumentar eficazmente la rigidez del sistema de guiado lineal mediante la precarga de los rodamientos de movimiento lineal. La precarga magnética también puede aumentar la respuesta de frecuencia del sistema mejorando la desaceleración y el asentamiento.

Por otro lado, la fuerza de atracción debe ser soportada adecuadamente mediante el aumento de la capacidad de carga de los miembros de apoyo y de los rodamientos lineales. Esto puede degradar la libertad de diseño mecánico de la máquina.

Una segunda configuración de motor lineal con núcleo de hierro consiste en un par de pistas de imanes estacionarios colocados a cada lado de la bobina móvil. Esta construcción patentada anula los efectos de la atracción magnética y proporciona la mayor fuerza por área de sección transversal. El diseño equilibrado reduce la carga del rodamiento, permitiendo el uso de rodamientos de movimiento lineal más pequeños y disminuyendo el ruido del rodamiento.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 VentajasMotores sin hierro: También existen los motores lineales sin hierro; estos motores no tienen hierro en sus bobinas, por lo que no hay atracción entre los miembros del motor.

El tipo más común sin hierro es el canal U: Dos pistas magnéticas se unen para formar un canal en el que se mueve la bobina del motor (o el forzador). Este motor es ideal para aplicaciones que requieren un rizado de baja velocidad y una alta aceleración. La fuerza de tracción cero y la naturaleza de cero deslizamiento de la construcción sin hierro minimiza la ondulación del par; la aceleración se incrementa porque la bobina es relativamente ligera.

Una segunda configuración sin hierro es en forma de cilindro. Los imanes se apilan dentro de un tubo de acero inoxidable y la bobina del motor se mueve alrededor del cilindro. Esta configuración es adecuada cuando se sustituyen los husillos a bolas, ya que produce velocidades mucho más altas y precisión de posicionamiento en aproximadamente la misma envoltura.

Dimensionamiento de la bobina y longitud de la vía

Independientemente de la configuración, todas las bobinas de los motores lineales deben dimensionarse según los requisitos de la aplicación: carga aplicada, perfil de movimiento del objetivo, ciclo de trabajo, precisión, vida útil y entorno de funcionamiento. Consejo: Solicite soporte técnico de los fabricantes de motores lineales y software de dimensionamiento (que a menudo es gratuito) para seleccionar el mejor tipo y tamaño de motor para una aplicación en particular.

Los tramos de vías magnéticas se ofrecen en varias longitudes y pueden apilarse de extremo a extremo para alcanzar la longitud de recorrido deseada, siendo la longitud total del imán prácticamente ilimitada. Para simplificar el diseño y reducir los costos, es mejor utilizar las secciones de rieles magnéticos de mayor longitud disponibles del fabricante.

2. Decidirse por un codificador

El segundo paso cuando se diseña un sistema de motor lineal es la selección del encoder lineal. Los más comunes son los codificadores lineales incrementales con sensores ópticos o magnéticos de cabeza de lectura. Seleccione un encoder con la resolución y precisión requeridas para la aplicación, y uno que sea adecuado para el entorno de la máquina.

La retroalimentación del codificador se envía normalmente al servoamplificador a través de un tren de pulsos analógico sinusoidal o digital. Otra opción es la retroalimentación del codificador serial de alta velocidad, que proporciona una mayor velocidad de datos, mayor resolución de bits, mayor inmunidad al ruido, longitudes de cable más largas e información completa sobre las alarmas.

Las comunicaciones seriales se conectan de dos maneras.

La comunicación directa entre el amplificador y el codificador es posible con los codificadores que tienen un protocolo de codificador en serie compatible con el amplificador.

Cuando un codificador no tiene una salida en serie (o cuando el protocolo de salida en serie es incompatible con el amplificador) se puede utilizar un módulo convertidor en serie. En este caso, el módulo acepta una señal analógica del codificador junto con la señal del sensor Hall, subdivide la señal analógica y transmite los datos de esta señal en serie al servoamplificador. Los datos del sensor Hall se utilizan en la puesta en marcha y para verificar la retroalimentación del codificador.

Varios fabricantes de encoders lineales ofrecen ahora encoders lineales absolutos que soportan una gran variedad de protocolos de comunicación en serie, incluyendo protocolos propietarios de otros fabricantes de amplificadores.

3. Escoge el amplificador

El tercer paso en el proceso de diseño es la selección del servoamplificador. El amplificador debe tener el tamaño correcto en función del motor.

El Plug and Play es una característica que sólo pueden ofrecer los proveedores que fabrican tanto servomotores como amplificadores. Algunos proveedores proporcionan "plug and play" para reducir el tiempo de inicio y asegurar una configuración adecuada.

Algunos servoamplificadores disponen de un reconocimiento automático del motor y un modo sin ajuste, lo que elimina la necesidad de ajustar el sistema de servo. Con este software, las especificaciones del motor (incluyendo las características de sobrecarga) se cargan automáticamente en el servoamplificador desde el motor en el momento de la puesta en marcha. Esto elimina los posibles errores del usuario al introducir las especificaciones del motor, eliminando virtualmente el riesgo de que el motor se desvíe y se produzcan errores de fase.

4. Seleccione los miembros de soporte y los cojinetes

Los dos pasos finales del diseño van de la mano para completar el diseño del sistema de motor lineal: El cuarto paso es seleccionar un sistema de cojinetes de movimiento lineal y el quinto es diseñar los miembros de soporte.

Hay dos alineaciones importantes en la mayoría de los ensamblajes de motores lineales: la distancia de separación entre el motor y el imán entre la bobina y la pista del imán, y la distancia de separación entre la cabeza de lectura del codificador y la escala lineal. Este último criterio se elimina cuando se selecciona un encoder lineal cerrado.

Consejos

Los rodamientos de movimiento lineal deben proporcionar suficiente precisión para cumplir con las tolerancias de separación, mientras que los miembros de soporte deben estar diseñados para espaciar adecuadamente los componentes y cumplir con los requisitos de paralelismo de los rodamientos lineales y el encoder.

Una vez que se cumplen estos criterios, la selección y el diseño de los rodamientos y de las barras de apoyo depende, en última instancia, de los requisitos de rendimiento de la máquina. Las aplicaciones que requieren alta precisión y exactitud necesitan un encoder de alta resolución y alta precisión, además de rodamientos lineales de alta precisión.

Al dimensionar estos rodamientos, tenga en cuenta la carga útil y las fuerzas magnéticas de atracción asociadas a los motores lineales con núcleo de hierro. En muchos casos, los miembros de apoyo de los rodamientos lineales y las guías magnéticas pueden ser parte integral del bastidor de la máquina.