Já se perguntou como é que os comboios podem flutuar sobre os carris ou como é que os robôs conseguem movimentos precisos? Este artigo revela o fascinante mundo dos motores lineares, explicando os seus princípios, tipos e vantagens únicas. Irá descobrir como estes motores revolucionam as indústrias com a sua velocidade, precisão e eficiência. Mergulhe para saber como os motores lineares estão a moldar o futuro!
Os motores lineares são dispositivos que convertem diretamente a energia eléctrica em movimento mecânico linear sem quaisquer mecanismos de conversão intermédios. Podem ser considerados como motores rotativos que foram cortados radialmente e desdobrados num plano plano.
Também conhecidos como motores lineares ou actuadores lineares, os tipos mais comuns são os de base plana, os de canal em U e os tubulares. A configuração típica da bobina é trifásica, com comutação de fase sem escovas conseguida através de sensores de efeito Hall.
Os motores lineares são muitas vezes descritos simplesmente como motores rotativos que foram desenrolados, funcionando segundo o mesmo princípio. O forçador (rotor) é fabricado através da compressão de bobinas com material epóxi; a pista magnética é constituída por ímanes (normalmente ímanes de terras raras de alta energia) fixados em aço.
O forçador do motor inclui enrolamentos de bobinas, placas de circuito de sensores de efeito Hall, reguladores térmicos (sensores de temperatura que monitorizam a temperatura) e interfaces electrónicas. Nos motores rotativos, o forçador e o estator necessitam de rolamentos rotativos para suportar o forçador e manter a folga de ar das peças móveis. Do mesmo modo, os motores lineares necessitam de guias lineares para manter a posição do forçador no campo magnético produzido pela pista magnética.
Tal como os codificadores montados nos veios dos servomotores rotativos para realimentar a posição, os motores lineares necessitam de codificadores lineares para medir diretamente a posição da carga, melhorando assim a precisão do posicionamento da carga.
O controlo dos motores lineares é semelhante ao dos motores rotativos. Tal como os motores rotativos sem escovas, o forçador e o estator não estão ligados mecanicamente (sem escovas).
Ao contrário dos motores rotativos, em que o forçador roda e o estator permanece fixo, nos sistemas de motores lineares, tanto a pista magnética como a bobina de impulso podem mover-se (a maioria dos sistemas de posicionamento tem uma pista magnética fixa e uma bobina de impulso móvel). Nos motores com bobinas de impulso móveis, o peso da bobina de impulso e da carga é muito pequeno.
No entanto, isto requer cabos altamente flexíveis e os seus sistemas de gestão. Nos motores com calhas magnéticas móveis, não só a carga mas também o peso da calha magnética têm de ser suportados, eliminando a necessidade de um sistema de gestão de cabos.
São utilizados princípios electromecânicos semelhantes nos motores lineares e rotativos. As mesmas forças electromagnéticas que produzem o binário nos motores rotativos geram o impulso linear nos motores lineares.
Por conseguinte, os motores lineares utilizam o mesmo controlo e as mesmas configurações programáveis que os motores rotativos. A forma dos motores lineares pode ser plana, em U ou tubular, consoante os requisitos específicos e o ambiente de trabalho da aplicação.
Os princípios de funcionamento dos motores lineares podem ser classificados em dois tipos principais: um em que o motor (parte móvel) se desloca dentro de um campo magnético, conhecido como motor linear maglev, e outro em que o motor permanece estacionário dentro do campo magnético e é impulsionado pela força electromagnética, conhecido como motor linear de impulso eletromagnético.
(1) Motor linear Maglev
O princípio subjacente ao motor linear maglev envolve a utilização de campos magnéticos para suspender o motor no ar, conseguindo assim um movimento sem contacto e sem fricção. Este tipo de motor linear inclui principalmente motores lineares síncronos de ímanes permanentes (PMSLMs) e motores lineares de suspensão electromagnética (EMSLMs).
Os PMSLMs exploram a interação entre o campo magnético produzido pelos ímanes permanentes e o campo magnético do estator para suspender o motor. As principais vantagens dos PMSLMs são a sua estrutura simples, o baixo custo e o funcionamento estável.
No entanto, a intensidade do campo magnético é limitada devido à presença de ímanes permanentes, o que resulta num impulso e numa velocidade relativamente menores.
Os EMSLM utilizam a força de levitação magnética gerada por campos electromagnéticos para suspender o motor. A sua principal vantagem é a maior intensidade do campo magnético, o que leva a um impulso e velocidade relativamente maiores. No entanto, os EMSLM têm uma estrutura mais complexa e custos mais elevados.
(2) Motor linear de impulso eletromagnético
O motor linear de impulso eletromagnético funciona utilizando a força electromagnética para mover o motor dentro de um campo magnético. Esta categoria inclui principalmente os motores lineares de corrente alternada (ACLM) e os motores lineares de corrente contínua (DCLM).
Os ACLMs são alimentados pela força electromagnética gerada pela corrente alternada para mover o motor. As principais vantagens dos ACLMs são a simplicidade, o baixo custo e o funcionamento estável. No entanto, as características da corrente alternada limitam o seu impulso e velocidade.
Os DCLMs utilizam a força electromagnética gerada pela corrente contínua para mover o motor. A principal vantagem dos DCLMs é o seu maior impulso e velocidade, mas têm uma estrutura mais complexa e são mais caros de implementar.
Antes de existirem motores lineares práticos e económicos, todos os movimentos lineares tinham de ser convertidos a partir de máquinas rotativas utilizando fusos de esferas, fusos de rolos, correias ou polias. Para muitas aplicações, especialmente as que envolvem cargas pesadas e veios de transmissão verticais, estes métodos ainda são os melhores.
No entanto, os motores lineares têm muitas vantagens únicas em relação aos sistemas mecânicos, tais como velocidades muito altas e muito baixas, elevada aceleração, manutenção praticamente nula (sem peças de contacto), elevada precisão e ausência de folga.
Completar o movimento linear apenas com um motor, sem engrenagens, acoplamentos ou polias, faz sentido para muitas aplicações, eliminando as peças desnecessárias que reduzem o desempenho e encurtam a vida mecânica.
1) Estrutura simples.
Os motores lineares tubulares produzem diretamente movimento linear sem mecanismos de conversão intermédios, simplificando consideravelmente a estrutura, reduzindo a inércia do movimento e melhorando significativamente a resposta dinâmica e a precisão do posicionamento. Isto também aumenta a fiabilidade, poupa custos e simplifica o fabrico e a manutenção. O primário e o secundário podem tornar-se diretamente parte do mecanismo, uma combinação única que demonstra ainda mais estas vantagens.
2) Adequado para movimentos lineares de alta velocidade.
Uma vez que não existem restrições devido à força centrífuga, os materiais comuns podem atingir velocidades mais elevadas. Além disso, se forem utilizadas almofadas de ar ou magnéticas para manter a distância entre o primário e o secundário, não há contacto mecânico durante o movimento, pelo que não há fricção nem ruído. Isto significa que as peças da transmissão não sofrem desgaste, reduzindo consideravelmente as perdas mecânicas e evitando o ruído dos cabos, cordas de aço, engrenagens e polias, aumentando assim a eficiência global.
3) Elevada utilização dos enrolamentos primários.
Nos motores de indução lineares tubulares, os enrolamentos primários são em forma de panqueca, sem enrolamentos terminais, o que resulta numa elevada utilização do enrolamento.
4) Sem efeitos de borda transversal.
Os efeitos transversais referem-se ao enfraquecimento do campo magnético nas fronteiras devido a rupturas transversais. Os motores lineares cilíndricos não têm rupturas transversais, pelo que o campo magnético é distribuído uniformemente de forma circunferencial.
5) Superar facilmente a atração magnética unilateral.
As forças de tração radial anulam-se mutuamente, eliminando praticamente o problema da tração magnética unilateral.
6) Fácil de ajustar e controlar.
Ajustando a tensão ou a frequência, ou mudando o material secundário, podem ser obtidas diferentes velocidades e impulsos electromagnéticos, adequados para operações recíprocas de baixa velocidade.
7) Forte capacidade de adaptação.
O núcleo primário do motor linear pode ser encapsulado com resina epóxi, proporcionando uma boa resistência à corrosão e à humidade, tornando-o adequado para utilização em ambientes húmidos, poeirentos e com gases nocivos. Além disso, pode ser concebido em várias estruturas para satisfazer diferentes necessidades.
8) Aceleração elevada.
Esta é uma vantagem significativa dos accionamentos por motor linear em comparação com outros parafusos, correia sincronizadae accionamentos de cremalheira.
Os motores lineares, conhecidos pela sua eficiência, precisão e alta velocidade, são amplamente utilizados em vários domínios.
No sector dos transportes, os motores lineares são utilizados principalmente em comboios de alta velocidade, metropolitanos e elevadores. Por exemplo, os comboios maglev alemães utilizam motores lineares de levitação magnética, o que resulta em velocidades mais elevadas e níveis de ruído reduzidos.
Além disso, os motores lineares podem ser integrados nos sistemas de acionamento dos veículos eléctricos para melhorar o seu desempenho.
Na indústria transformadora, os motores lineares são principalmente utilizados em Máquina CNC ferramentas e robots. Por exemplo, os sistemas de alimentação de ferramentas em Máquinas-ferramentas CNC são accionados por motores lineares, oferecendo uma maior precisão de maquinação e tempos de resposta rápidos.
Além disso, os motores lineares podem ser aplicados a correias transportadoras e robôs de manuseamento em linhas de produção automatizadas, aumentando assim a produtividade.
No domínio da medicina, os motores lineares são principalmente aplicados em dispositivos de imagiologia médica, tais como tomógrafos computorizados e máquinas de ressonância magnética. Estes dispositivos requerem um controlo preciso do alcance e da velocidade de varrimento dos raios X ou dos campos magnéticos, e os motores lineares proporcionam uma elevada precisão e controlo da velocidade, aumentando a precisão e a eficiência dos diagnósticos.
Na investigação científica, os motores lineares são utilizados de forma proeminente em aceleradores de partículas e telescópios astronómicos. Por exemplo, os anéis do acelerador no Grande Colisor de Hádrons (LHC) utilizam motores lineares, que permitem capacidades de aceleração mais elevadas e um desempenho operacional mais estável.
Além disso, os motores lineares podem ser utilizados nos sistemas de focagem automática dos telescópios astronómicos, melhorando a precisão e a eficiência das observações.
Como fundador da MachineMFG, dediquei mais de uma década da minha carreira à indústria metalúrgica. A minha vasta experiência permitiu-me tornar-me um especialista nos domínios do fabrico de chapas metálicas, maquinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou constantemente a pensar, a ler e a escrever sobre estes assuntos, esforçando-me constantemente por me manter na vanguarda da minha área. Deixe que os meus conhecimentos e experiência sejam uma mais-valia para a sua empresa.
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