Você já se perguntou como os trens podem flutuar sobre os trilhos ou como os robôs conseguem realizar movimentos precisos? Este artigo revela o fascinante mundo dos motores lineares, explicando seus princípios, tipos e vantagens exclusivas. Você descobrirá como esses motores revolucionam os setores com sua velocidade, precisão e eficiência. Mergulhe de cabeça para saber como os motores lineares estão moldando o futuro!
Os motores lineares são dispositivos que convertem diretamente a energia elétrica em movimento mecânico linear sem nenhum mecanismo de conversão intermediário. Eles podem ser considerados como motores rotativos que foram cortados radialmente e desdobrados em um plano.
Também conhecidos como motores lineares ou atuadores lineares, os tipos mais comuns são os de base plana, canal em U e tubular. A configuração típica da bobina é trifásica, com comutação de fase sem escovas obtida por meio de sensores de efeito Hall.
Os motores lineares geralmente são descritos simplesmente como motores rotativos que foram desenrolados, operando com o mesmo princípio. O forçador (rotor) é feito comprimindo bobinas com material epóxi; a trilha magnética consiste em ímãs (geralmente ímãs de terras raras de alta energia) fixados em aço.
O forçador do motor inclui enrolamentos de bobina, placas de circuito do sensor de efeito Hall, reguladores térmicos (sensores de temperatura que monitoram a temperatura) e interfaces eletrônicas. Nos motores rotativos, o forçador e o estator precisam de rolamentos rotativos para apoiar o forçador e manter o espaço de ar das peças móveis. Da mesma forma, os motores lineares precisam de guias lineares para manter a posição do forçador no campo magnético produzido pelo trilho do ímã.
Assim como os codificadores montados nos eixos dos servomotores rotativos para realimentar a posição, os motores lineares precisam de codificadores lineares para medir diretamente a posição da carga, melhorando assim a precisão do posicionamento da carga.
O controle dos motores lineares é semelhante ao dos motores rotativos. Assim como os motores rotativos sem escovas, o forçador e o estator não são conectados mecanicamente (sem escovas).
Diferentemente dos motores rotativos, em que o forçador gira e o estator permanece fixo, nos sistemas de motores lineares, tanto a trilha magnética quanto a bobina de impulso podem se mover (a maioria dos sistemas de posicionamento tem uma trilha 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, isso exige cabos altamente flexíveis e seus sistemas de gerenciamento. Em motores com trilhas magnéticas móveis, não apenas a carga, mas também o peso da trilha magnética deve ser suportado, eliminando a necessidade de um sistema de gerenciamento de cabos.
Princípios eletromecânicos semelhantes são usados em motores lineares e rotativos. As mesmas forças eletromagnéticas que produzem torque nos motores rotativos geram impulso linear nos motores lineares.
Portanto, os motores lineares usam o mesmo controle e as mesmas configurações programáveis dos motores rotativos. O formato dos motores lineares pode ser plano, em U ou tubular, dependendo dos requisitos específicos e do ambiente de trabalho da aplicação.
Os princípios operacionais dos motores lineares podem ser categorizados 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 por força eletromagnética, conhecido como motor linear de impulso eletromagnético.
(1) Motor linear Maglev
O princípio por trás do motor linear maglev envolve o uso de campos magnéticos para suspender o motor no ar, obtendo assim um movimento sem contato e sem atrito. Esse tipo de motor linear inclui principalmente os motores lineares síncronos de ímã permanente (PMSLMs) e os motores lineares de suspensão eletromagnética (EMSLMs).
Os PMSLMs exploram a interação entre o campo magnético produzido pelos ímãs permanentes e o campo magnético do estator para suspender o motor. As principais vantagens dos PMSLMs são a estrutura simples, o baixo custo e a operação estável.
No entanto, a intensidade do campo magnético é limitada devido à presença de ímãs permanentes, o que resulta em impulso e velocidade relativamente menores.
Os EMSLMs utilizam a força de levitação magnética gerada por campos eletromagnéticos para suspender o motor. Sua principal vantagem é a maior intensidade do campo magnético, o que leva a um impulso e a uma velocidade relativamente maiores. Entretanto, os EMSLMs têm uma estrutura mais complexa e custos mais altos.
(2) Motor linear de impulso eletromagnético
O motor linear de impulso eletromagnético opera usando a força eletromagnética para mover o motor dentro de um campo magnético. Essa categoria inclui principalmente os motores lineares de corrente alternada (ACLMs) e os motores lineares de corrente contínua (DCLMs).
Os ACLMs são alimentados pela força eletromagnética gerada pela corrente alternada para mover o motor. As principais vantagens dos ACLMs são a simplicidade, o baixo custo e a operação estável. Entretanto, as características da corrente alternada limitam seu impulso e velocidade.
Os DCLMs usam a força eletromagnética gerada pela corrente contínua para mover o motor. A principal vantagem dos DCLMs é seu maior impulso e velocidade, mas eles têm uma estrutura mais complexa e são mais caros de implementar.
Antes de existirem motores lineares práticos e econômicos, todo movimento linear tinha que ser convertido de máquinas rotativas usando fusos de esferas, parafusos de roletes, correias ou polias. Para muitas aplicações, especialmente as que envolvem cargas pesadas e eixos de acionamento verticais, esses métodos ainda são os melhores.
No entanto, os motores lineares têm muitas vantagens exclusivas em relação aos sistemas mecânicos, como velocidades muito altas e muito baixas, alta aceleração, manutenção praticamente zero (sem peças de contato), alta precisão e nenhuma folga.
Completar o movimento linear com apenas um motor, sem engrenagens, acoplamentos ou polias, faz sentido para muitas aplicações, eliminando as peças desnecessárias que reduzem o desempenho e diminuem a vida útil mecânica.
1) Estrutura simples.
Os motores lineares tubulares produzem diretamente o movimento linear sem mecanismos de conversão intermediários, simplificando bastante a estrutura, reduzindo a inércia do movimento e melhorando significativamente a resposta dinâmica e a precisão do posicionamento. Isso também aumenta a confiabilidade, economiza custos e simplifica a fabricação e a manutenção. O primário e o secundário podem se tornar diretamente parte do mecanismo, uma combinação exclusiva que demonstra ainda mais essas vantagens.
2) Adequado para movimento linear de alta velocidade.
Como não há restrições de força centrífuga, os materiais comuns podem atingir velocidades mais altas. Além disso, se forem usadas almofadas de ar ou magnéticas para manter a folga entre o primário e o secundário, não haverá contato mecânico durante o movimento e, portanto, não haverá atrito nem ruído. Isso significa que as peças da transmissão não sofrem desgaste, reduzindo consideravelmente a perda mecânica e evitando o ruído de cabos, cordas de aço, engrenagens e polias, aumentando assim a eficiência geral.
3) Alta utilização dos enrolamentos primários.
Nos motores de indução linear tubular, os enrolamentos primários são em forma de panqueca, sem enrolamentos finais, o que resulta em uma alta utilização do enrolamento.
4) Sem efeitos de borda transversal.
Os efeitos transversais referem-se ao enfraquecimento do campo magnético nos limites devido a quebras transversais. Os motores lineares cilíndricos não têm rupturas transversais, de modo que o campo magnético é distribuído uniformemente de forma circunferencial.
5) Supera facilmente a atração magnética unilateral.
As forças de tração radial se cancelam mutuamente, praticamente eliminando o problema da tração magnética unilateral.
6) Fácil de ajustar e controlar.
Ajustando a tensão ou a frequência, ou alterando o material secundário, é possível obter diferentes velocidades e impulsos eletromagnéticos, adequados para operações recíprocas de baixa velocidade.
7) Forte adaptabilidade.
O núcleo primário do motor linear pode ser encapsulado com resina epóxi, o que proporciona boa resistência à corrosão e à umidade, tornando-o adequado para uso em ambientes úmidos, empoeirados e com gases nocivos. Além disso, ele pode ser projetado em várias estruturas para atender a diferentes necessidades.
8) Alta aceleração.
Essa é uma vantagem significativa dos acionamentos de motor linear em comparação com outros parafusos, correia sincronizadae acionamentos por cremalheira de engrenagem.
Os motores lineares, conhecidos por sua eficiência, precisão e alta velocidade, são amplamente utilizados em vários campos.
No setor de transportes, os motores lineares são empregados principalmente em trens de alta velocidade, metrôs e elevadores. Por exemplo, os trens maglev alemães utilizam motores lineares de levitação magnética, o que resulta em velocidades mais altas e níveis de ruído reduzidos.
Além disso, os motores lineares podem ser integrados aos sistemas de acionamento de veículos elétricos para melhorar seu desempenho.
Na fabricação industrial, os motores lineares são usados principalmente em Máquina CNC ferramentas e robôs. Por exemplo, os sistemas de alimentação de ferramentas em Máquinas-ferramentas CNC são acionados por motores lineares, oferecendo maior precisão de usinagem e tempos de resposta rápidos.
Além disso, os motores lineares podem ser aplicados a esteiras transportadoras e robôs de manuseio em linhas de produção automatizadas, aumentando assim a produtividade.
Na área médica, os motores lineares são aplicados principalmente a dispositivos de imagens médicas, como tomógrafos computadorizados e máquinas de ressonância magnética. Esses dispositivos exigem um controle preciso da faixa de varredura e da velocidade dos raios X ou dos campos magnéticos, e os motores lineares oferecem alta precisão e controle de velocidade, aumentando a precisão e a eficiência dos diagnósticos.
Na pesquisa científica, os motores lineares são usados de forma proeminente em aceleradores de partículas e telescópios astronômicos. Por exemplo, os anéis aceleradores do Grande Colisor de Hádrons (LHC) empregam motores lineares, que permitem maior capacidade de aceleração e desempenho operacional mais estável.
Além disso, os motores lineares podem ser usados nos sistemas de foco automático de telescópios astronômicos, melhorando a precisão e a eficiência das observações.
Como fundador do MachineMFG, dediquei mais de uma década de minha carreira ao setor de metalurgia. Minha vasta experiência permitiu que eu me tornasse um especialista nas áreas de fabricação de chapas metálicas, usinagem, engenharia mecânica e máquinas-ferramentas para metais. Estou sempre pensando, lendo e escrevendo sobre esses assuntos, esforçando-me constantemente para permanecer na vanguarda do meu campo. Permita que meu conhecimento e experiência sejam um trunfo para sua empresa.
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