Motores e atuadores lineares atendem às necessidades de automação

Dec 09, 2023

Os motores e atuadores lineares agora têm custos competitivos com fusos de esferas e acionamentos por correia e oferecem agilidade e largura de banda nitidamente superiores para aplicações de posicionamento avançado. Novos micromotores e atuadores estão ajudando a automatizar tarefas que antes não eram viáveis. Os acionamentos lineares diretos estão cada vez mais substituindo os cilindros pneumáticos controlados por servo, contribuindo com confiabilidade e controlabilidade, sem o custo, ruído e manutenção dos compressores de ar.

Impulsionados pelos requisitos da indústria de semicondutores, os fabricantes de motores lineares aumentaram constantemente a precisão, reduziram os preços, desenvolveram vários tipos de motores e simplificaram a integração em equipamentos de automação. Motores lineares modernos fornecem aceleração de pico de 20 g e velocidade de 10 metros/segundo, oferecem agilidade dinâmica incomparável, minimizam a manutenção e multiplicam o tempo de atividade. Eles foram além do uso especializado da indústria de semicondutores para fornecer desempenho avançado em hosts de aplicativos.

Com velocidade e vida útil dez vezes maiores que os fusos de esferas, a tecnologia de acionamento direto linear costuma ser a única solução para automação que aumenta a produtividade.

O desempenho dinâmico dos mecanismos de posicionamento convencionais é limitado por parafusos de avanço, trens de engrenagens, acionamentos por correia e acoplamentos flexíveis, que produzem histerese, folga e desgaste. Da mesma forma, os atuadores pneumáticos sofrem com a massa do pistão e o atrito pistão-cilindro, bem como com a compressibilidade do ar, o que produz complexidade no controle do servo. Os motores e atuadores lineares eliminam a massa e a inércia dos posicionadores convencionais e, livres dessas limitações fundamentais, fornecem rigidez dinâmica inigualável.

A criação de força de acionamento direto permite que motores e atuadores lineares alcancem largura de banda de circuito fechado indisponível com mecanismos de posicionamento alternativos. O motor e o atuador são capazes de tirar o máximo proveito dos controladores modernos. Esses controladores são ajustados para operação de alto ganho de loop, alcançando amplo controle de largura de banda, ajuste rápido e recuperação rápida de perturbações transitórias.

Os motores e atuadores lineares se destacam em fazer movimentos de distância milimétrica que operam na zona de atrito estático. Sua massa baixa e fricção estática mínima minimizam a força de acionamento necessária para iniciar o deslocamento e simplificam a tarefa do sistema de controle na prevenção do overshoot ao parar. Esses atributos permitem que motores e atuadores de acionamento direto escaneiem lâminas de microscópio, por exemplo, e representem as localizações XY de artefatos com apenas alguns milímetros de distância.

Aplicações que requerem movimento repetitivo rápido podem explorar a alta largura de banda do atuador linear para dobrar o rendimento de fusos de esferas ou acionamentos por correia. Máquinas que cortam rolos de material no comprimento (papel, plástico e até fraldas) maximizam o rendimento operando sem interromper o fluxo de material. Para cortar em tempo real, essas máquinas aceleram a lâmina de corte para sincronizar com o fluxo do material, deslocam-se na velocidade do material até o local de corte e, então, iniciam o corte. Após o corte, a lâmina retorna ao seu ponto inicial para aguardar o próximo ciclo de corte de ida e volta.

Três configurações básicas de motores lineares estão disponíveis: motores de leito plano, canal em U e tubulares. Cada motor tem vantagens e limitações intrínsecas.

Os motores de base plana, embora ofereçam deslocamento ilimitado e maior força de acionamento, exercem atração magnética considerável e indesejável entre a força de transporte de carga e a trilha magnética permanente do motor. Essa força de atração requer rolamentos que suportem a carga extra.

O motor U-channel, com seu núcleo sem ferro, tem baixa inércia, portanto agilidade máxima. No entanto, as bobinas magnéticas que transportam a carga do forçador viajam profundamente dentro da estrutura do canal U, restringindo a remoção de calor.

Os motores lineares tubulares são robustos, termicamente eficientes e os mais simples de instalar. Eles fornecem substituições imediatas para fusos de esferas e posicionadores pneumáticos. Os ímãs permanentes do motor tubular são envoltos em um tubo de aço inoxidável (haste de pressão), que é suportado em ambas as extremidades. Sem suporte adicional da haste de impulso, o deslocamento da carga é limitado a 2 a 3 metros, dependendo do diâmetro da haste de impulso.