MOTORI ELETTRICI LINEARI · 2009. 3. 23. · Motore asincrono prodotto da Normag - Baldor. 23...

1

MOTORI ELETTRICI LINEARIMOTORI ELETTRICI LINEARI

Il panorama dei motori lineari Il panorama dei motori lineari disponibili in commercio,disponibili in commercio,criteri di scelta,criteri di scelta,studi ed esempi di applicazionestudi ed esempi di applicazione

3

Introduzione

I motori lineari sono motori elettrici che producono il moto direttamente in forma lineare.

“srotolando su un piano i tradizionali motori rotativi”

4

Introduzione

Alcuni parametri da tenere in considerazione con i motori lineari:

• La corsa

• Porre attenzione agli ingombri

impegnati dal motore durante

il moto

corsa

5

Introduzione

I principi di funzionamento dei motori lineari

Motori passo

Motori asincroni

Motori sincroni

Riluttanza variabile

Riluttanza fissa

I principi di fisici alla base del funzionamento sono gli stessi dei motori rotativi.

Principi di funzionamento

6

Motori passo (LSTM)


Struttura dentata ferromagnetica

o magneti permanenti (MP)

t = passo della dentatura

m = numero di fasi (3 o 4)

p = passo = t / 2m

Come nei motori passo rotativi, all’eccitazione di ogni fase, il sistema si dispone per offrire alle linee di flusso del campo magnetico la riluttanza minore.

Si ottiene così un moto incrementale ed ogni incremento si definisce passo

7

Motori passo (LSTM)

Eccitando le fasi “1”


8

Motori passo (LSTM)



9

Motori passo (LSTM)



10

Motori passo (LSTM)La struttura elettromagnetica

Motore IBRIDO in cui nell’armatura è presente un magnete permanente

• vantaggio - presenza di un campo magnetico permanente conservare la posizione anche con motore spento

• svantaggi - aumento dei costi e della forza d’attrazione


IBRIDO

NORMALE

11

• A meno di non richiedere prestazioni molto spinte si ha controllo in catena aperta (semplicità e insensibilità ai disturbi)

• Prestazioni statiche e dinamiche superiori possono essere ottenute sai inserendo un sensore di posizione per realizzare un anello di retroazione (catena chiusa) sia con tecniche di microstepping

Motori passo (LSTM)

Principi di funzionamentoPrincipi di funzionamento

Generatore impulsi di comando

Convertitore di alimentazione

Motore stepper

Energia

MovimentoLogica di comando

Sensore di posizione

+

_

12

• Moto incrementale Vibrazioni e Rumorosità• Instabilità ad alcune frequenze degli impulsi di alimentazione per

possibili fenomeni di risonanza meccanica col carico• Il rapporto tra traferro e passo deve essere ridotto

per avere alta risoluzionetraferro di decimi di mm,difficoltà nella realizzazione meccanica di lunghe corse

• Prestazioni non elevate né velocità né spinta• Forza normale d’attrazione circa 7-10 volte la spinta massima

Motori passo (LSTM)


SvantaggiSvantaggi

13

Motori passo (LSTM)

• Orologeria,• macchine a controllo numerico,• macchine per l’industria tessile,• fotocopiatrici,• plotter, • stampanti, • sistemi di controllo ottico, • strumenti elettromedicali


Esistono anche motori passo capaci di muoversi all’interno di un piano

(motori X-Y)

Applicazione tipica: plotter

ApplicazioniApplicazioni

14

Indotto

Armatura

Motori ad induzione (LIM)


Motori ad induzione o asincroni

Primario con avvolgimenti trifase o bifase

Secondario di materiale conduttore

15

Indotto

Armatura

Le fasi del PRIMARIO vengono opportunamente eccitate da correnti sinusoidali



16

Indotto

Armatura



Si produce così un campo magnetico traslante con velocità vs= 2 f t

f = Frequenza di alimentazione [Hz]

t = semipasso polare [m]

17

Indotto

Armatura

Correnti indotte



il moto relativo tra l’INDOTTO ed il campo magnetico traslante provoca nell’indotto una f.e.m che genera le “correnti indotte”

18

Indotto

Armatura

Campo magnetico indotto

Le correnti indotte generano a loro volta un altro campo magnetico che interagisce con quello generato dal primario inseguendolo



19

• il motore non può funzionare in condizione di sincronismo cioè se c’è coincidenza tra la velocità del campo traslante e quella dell’indotto (Asincrono)

• la parte indotta non deve essere alimentata per cui il secondario può essere costituito dall’oggetto stesso che si vuole muovere

[Costruzione aperta]



Particolarità del motore lineare asincrono

Primario

Secondario

20



• Prestazioni dei LIM per uso industriale

Spinte > 2000 N [con bassi valori del Duty Cycle ]Accelerazioni di 1 gVelocità elevate fino a 50 m/sec

• Assenza di MP costi ridotti nella realizzazione di lunghe corse

• Ottimi per sistemi di trasporto civile ed industriale

La spinta è indipendente dal contatto ruota rotaia

21

• Il controllo risulta complessoPer realizzare il controllo in posizione è necessario il controllodi tipo vettoriale delle correnti nelle fasi del primario

• Durante il funzionamento può esserci un’elevata forza normalerepulsive o attrattive

• Il rendimento è peggiore rispetto ai motori sincroni

• ed a parità di spinta anche l’ingombro è maggiore



SvantaggiSvantaggi

DSLIM

22



Motore asincrono prodotto da Normag - Baldor

23

Motori sincroni Motori sincroni (LSM)


S N S N S N S N

21 3

Pista con magneti permanenti

Avvolgimento trifase

24



S N S N S N S N

21 3

Flusso magnetico concatenato con

la prima spira

Derivata del flusso magnetico concatenato con

la prima spira

dld c1ϕ

1cϕ

25



∑=

=3

1q

qcq dld

IFϕ

dld c1ϕ

1cϕ

Correnteall’interno

della fase q

Derivatadel flusso concatenato con la fase q

La spinta che si esercita sull’avvolgimento è esprimibile secondo l’espressione:

60° 120° 180° 240° 300° 360° [ gradi elettrici ]

dld c2ϕ

dld c3ϕ

2cϕ

3cϕ

26



∑=

=3

1q

qcq dld

IFϕ

dld c1ϕ

1cϕ Alternando le fasi ed i segni delle correnti all’interno delle tre bobine si può ottenere una spinta costante

60° 120° 180° 240° 300° 360° [ gradi elettrici ]

27

• Per comandare la commutazione è necessario conoscere la posizione del movente rispetto al campo magnetico ed è quindi necessario un sensore di posizione

• ad effetto Hall

• sfruttando l’Encoder usato come sensore di posizione per il controllo in retroazione

• Le correnti nell’avvolgimento possono essere sia trapezoidali che sinusoidali (migliore in termini di inerzia potenza e peso)



Particolarità del motore lineare sincrono [ Brushless ]

28


• Costo elevato dei magneti permanenti

• In alcune forme costruttive è presente un’elevata forza d’attrazione(circa 10-15 volte la spinta massima)

• Necessità di proteggere con gusci e soffietti i magneti da polveri etrucioli ferromagnetici (macchine utensili).


SvantaggiSvantaggi

29


Per una serie di aspetti positivi i motori sincroni sono di gran lunga i più diffusi ciò è testimoniato anche della massiccia presenza di prodotti disponibili in commercio• Elevate prestazioni dinamiche

velocità fino a 5 - 7 m/secaccelerazioni anche superiori a 20 gspinte massime anche di 15 kN

• Dolcezza del moto• Qualità nel posizionamento [risoluzione, accuratezza, ripetibilità]• Il sistema di controllo e alimentazione simile ed integrabile con

quello dei brushless rotativi che ormai è da considerarsi unostandard industriale


VantaggiVantaggi

30

I valori di corsa e spinta dei motori sincroni rispondono pienamente alle esigenze delle macchine automatiche



0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000

Spinta in N

1

100

10000

1000

10

0.01Corsa in m

LSMLSTM

LIM

Sistemi di movimentazione industriale

Asservimenti di posizione

31

Morfologie costruttive dei motori lineariMorfologie costruttive dei motori lineari

• Motori BILATERI

• Motori TUBOLARI

• Motori MONOLATERI

Un’altra fondamentale classificazione dei motori lineari può essere effettuata analizzando le diverse forme costruttive:

Ogni struttura ha delle caratteristiche peculiari, generalmente si puòdistinguere tra:

Forme costruttive dei motori sincroni

32

Motori monolateri (Motori monolateri (IRONCOREIRONCORE))


Per concentrare le linee di flusso del campo magnetico concatenato con le spire del movente si aggiunge un “nucleo ferromagnetico”

La struttura monolatera essendo aperta provoca una dispersione del campo magnetico

.onccϕ ⇒ FMassa mov

33

Motori monolateri (Motori monolateri (IRONCOREIRONCORE))• Si realizzano così i più elevati valori di spinta

(15 kN con raffreddamento forzato)• Buona possibilità di dissipare il calore prodotto

perché la grande superficie di scambio termicoper ventilazione forzata data dal moto generalmente rapido

• Modularità della corsa

• Forza d’attrazione• Maggiore inerzia del movente

VantaggiVantaggi

SvantaggiSvantaggi • Nucleo ferromagnetico


ApplicazioniApplicazioni • dove sono necessarie alte spinte e precisionemacchine utensili [Siemens, Kollmorgen ]

34

Motori bilateri (Motori bilateri (IRONLESSIRONLESS))


L’avvolgimento e disposto tra due piste affacciate di magneti permanenti • Il flusso si concatena quasi

totalmente con le spire• Non si può inserire un nucleo

ferromagnetico

35

Motori bilateri (Motori bilateri (IRONLESSIRONLESS))

• Simmetria del campo magnetico • Ottimo sfruttamento del flusso magnetico • Assenza di forze d’attrazione• Massa ridotta del movente (resine epossidiche)

• Struttura chiusa Difficoltà di smaltimento termicoSpinte non superiori a 2 kN


VantaggiVantaggi

SvantaggiSvantaggi

ApplicazioniApplicazioni• Dove non sono necessarie alti valori della spinta ma

movimenti rapidi e precisi• Pick and Place e robot cartesiani

36

Motori cilindrici (Motori cilindrici (TUBULARTUBULAR))


37



I motori della ThrustTube

I motori della Sulzer LinMot P

38


• Ottimo sfruttamento del flusso magnetico• Eccellente comportamento termico

facilità di raffreddamentoventilazione forzata durante il moto

• Bassi costi di costruzione dell’avvolgimento

• Lunghezza della corsa limitata• Effetti di bordo La spinta può calare con la

fuoriuscita dello stelo


VantaggiVantaggi

SvantaggiSvantaggi

ApplicazioniApplicazioni • Applicazione molto veloci su corse medio brevi• Pick and Place, spingitori, tastatori

39


Morfologie costruttive dei motori lineariMorfologie costruttive dei motori lineari

Confronto tra le prestazioni in termini di spinta delle varie morfologie costruttive di motori sincroni.

Da un’indagine in cui sono stati considerati più di 200 motori di 10 tra le maggiori ditte produttrici

40

Metodi di selezione e dimensionamento

41

Dimensionamento elettrico del motoreDimensionamento elettrico del motoreLe prestazioni di ogni macchina elettrica sono limitate dalla capacità di espellere il calore prodotto per effetto Joule (perdite nel rame)

Infatti se la temperatura del motore supera un certo limite ( ~150°C ) si danneggia il materiale isolante dell’avvolgimento e si smagnetizzano i MP.

Condizioni fondamentali per il dimensionamento

elettrico

fKIF ⋅=

2IRPJoule ⋅=

nomJoule PP <RMSCont FF >

MAXPeak FF >

Da catalogo Caratteristiche dell’applicazione

2

2

f

RMSJoule K

FRP ⋅=

42

AzionamentoI costruttori oltre al motore forniscono anche il sistema di alimentazione in tal caso sono disponibili da catalogo e vanno verificate le curve caratteristiche(Velocità vs Forza)

E. elettr..

Regolazione En.elettr.

En. el. En. mec.

Rete elettrica

Sistema di alimentazione

Motore

Flusso di energia

Dimensionamento elettrico del motoreDimensionamento elettrico del motore

43

Modello di dimensionamento meccanicoModello di dimensionamento meccanico

Equazioni di equilibrio

Riduzione delle masse

Ottimizzazione delle leggi di moto (aMax e aRMS)

Canoni fondamentali per il dimensionamento

meccanico

Spinta richiesta al motore

inerziastatbilattritopesoesternemotore FFFtFtFF +++⋅+⋅= ..ˆˆ

aMF totinerzia ⋅=

44

Modello di dimensionamento meccanicoModello di dimensionamento meccanico

Scegliendo un motore di taglia maggiore aumentano la Fcont e la F Peak ma aumenta anche la massa del movente ed, a parità di accelerazione, crescono la Frms e Fmax

Definire la legge di moto Motore di primo tentativo

Equazioni di equilibrio

Calcolo di FRMS e FMAX

Verifica:FRMS < FcontFMAX < FPeak

Scelta di altro motoreo della taglia superioreo di un altro costruttore

o di un'altra tipologia

Ok

No

Ottimizzazione della legge di moto- rispetto dei vincoli di posizionamento- minimizazare aRMS e aMAX

M totale = M pagante + M movente

Il procedimento di calcolo è

INEVITABILMENTEiterativo !!

aMF totinerzia ⋅= aMF totinerzia ⋅= aMF totinerzia ⋅=

45

Organi ausiliari alla movimentazione lineareOrgani ausiliari alla movimentazione lineare

• Telaio e della slitta traslante (massima cura nel disegno)

• Sistema guide lineari

• Sensore di posizione per il sistema controllo

• Sistema di governo e guida dei cavi

• Eventuale sistema di raffreddamento

• Eventuale sistema di bilanciamento statico

La movimentazione lineare necessita di un gran numero di apparati accessori

Questi svolgono un ruolo fondamentale in fase di dimensionamento, tanto è vero, non si può in alcun modo trascurare la loro influenza sulle equazioni di equilibrio.

46

Le tolleranze imposte sul traferro e dal sensore di retroazione impongono strette tolleranze dimensionali e rigidezza strutturale questo impone particolare cura nella progettazione

• della Struttura del telaio e della slitta

• del Sistema guide lineari

Guide di precisione

Guide profilate

Manicotti a sfere

Guide a circolazione di sfere o di rulli:

Possono costituire un limite al valore massimo dell’acc.

Va svolto un intervento di ingrassaggio ogni in media ogni 100 Km di esercizio

Fattr Massa guide

Guide lineariGuide lineari

47

Ci sono differenti tipologie di encoder nel campo dei motori lineari:

• Encoder ottici predominanti nelle applicazioni industrialipermettono un’altissima risoluzione [20 µm – 0.1 µm]accuratezza maggiore rispetto alle altre tipologie

Sensori di posizioneSensori di posizione

48

• Encoder magnetici (magneto-resistenze o ad effetto di Hall)semplicitàridotta sensibilità allo sporco e alle vibrazionicosto ridotto

Sensori di posizioneSensori di posizione

49

Quasi la totalità dei motori lineari presente in commercio prevede che la parte in moto sia alimentata.

L’affidabilità dei cavi di alimentazione e di retroazione è fondamentale

Potenza ↑ Voltaggio ↑ Sezioni dei conduttori ↑ Stress flessione ↑

Sono necessari cavi speciali high flex long life

Possono costituire una seria limitazione alle accelerazioni massime

Cavi e sistemi Cavi e sistemi guidacaviguidacavi

50

L’evacuazione del calore prodotto negli avvolgimenti è cruciale.

Esistono tre tipologie dei sistemi di raffreddamento:

Sistemi di raffreddamentoSistemi di raffreddamento

• Scambiatore alettatoGeneralmente in alluminio,Al di sopra di un certo valore della velocità del movente loscambio termico avviene per convezione forzata

• Raffreddamento forzato ad aria Un flusso d’aria compressa transita nell’avvolgimento e sidisperde nell’ambiente

• Raffreddamento a fluido (acqua, olio)E’ la più efficace ma molto rara

esempio Siemens per macchine utensili tre circuiti diraffreddamento (avvolgimento, magneti, precisione)

51

Per loro natura i motori lineari non sono in grado di contrastare il moto retrogrado in condizione di power failure.

Sistemi per il bilanciamento staticoSistemi per il bilanciamento statico

Nel caso il movimento non sia orizzontale e’ necessario prevedere un sistema di bilanciamento statico o di frenatura spontanea

• Bilanciamento a contro-massa usato solo negli ascensori

• Bilanciamento a molla molto vantaggioso per l’elevato rapporto tra forza e massa

• Bilanciamento pneumatico attuatore pneumatico a semplice effetto + valvola regolatricedella pressione

52

Due configurazioni commercialiDue configurazioni commerciali

I motori lineari sono presenti sul mercato in due configurazioni

• Configurazione minima (solo statore e movente) consente la massima libertà in fase di progettazione perl’ottimizzazione delle prestazioni

configurazione minima

53

I motori lineari sono presenti sul mercato in due configurazioni

• configurazione integrata (completa di tutti gli organi ausiliari) semplifica e rende la progettazione più affidabile ed economica

Magnetipermanenti

Movente

Fine corsa

Rotaia della guida profilata

Catena portacavi

Sensore di posizione

configurazione integrata

Due configurazioni commercialiDue configurazioni commerciali

54

Alcuni parametri chiave nella progettazione

55

In questa sezione verrà fornita l’identificazione e la rappresentazione grafica di alcuni parametri caratteristici dei motori lineari

Ciò costituisce:

• un passo fondamentale nel crearsi una sensibilità sui parametri che intervengono in modo più deciso nel dimensionamento e nella scelta di un motore lineare

• uno strumento di valutazione e di confronto sia per orientarsi nella scelta tra le differenti soluzioni costruttivesia nella selezione di singolo prodotto specifico

Alcuni parametri chiaveAlcuni parametri chiave

56

I parametri più importanti sono:

Alcuni parametri chiaveAlcuni parametri chiave

moventeMassaFAcc maxmax =

• l’accelerazione continua

• il rapporto tra forza continua

e forza d’attrazione

Inoltre, verrà definita la Sensibilità alla variazione del carico pagante

movente

contcont Massa

FAcc =

• l’accelerazione massima

Cont

AttrAttr F

FK =.

57

Accelerazione continua Monolateri e Bilateri

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Massa movente (kg)

Forz

a co

ntin

ua in

N

Mon. Not cooledMon. Water cooledBilateri

L’accelerazione continuaL’accelerazione continua

58

I dati riportati nei diagrammi precedenti sono il risultato di un’indagine nella quale sono stati esaminati circa 230 motori monolateri e bilateri di 8 case costruttrici.

Forma costruttivaAccelerazione

continua [ m/sec2 ]

Accelerazione continua

[ g ]

Motori bilateri 187 19

Motori monolateri raffreddati ad acqua 161 16.5

Motori monolateri non raffreddati 91 9.3


59


60

Comportamento con carichi utiliComportamento con carichi utili

Accelerazioni continue di motori di tipologie differenti con valore della spinta continua simile,in funzione della massa trasportata in un moto orizzontale.

Casa costruttrice Tipologia Massa del movente [Kg]Forza

continua [N]

KollmorgenIL 24 -100 Bilatera 1.42 450

AnoradLCD-T-3-P

Monolatera water cooled 3.6 425

AnoradLFA-S-3-P

Monolatera non raffreddato 9.1 475

61

Comportamento con carichi utiliComportamento con carichi utili

I motori monolateri sono meno sensibili alla variazione del carico utile rispetto a quelli bilateri.

Sensibilità all'aumentare della massa del carico

0

50

100

150

200

250

300

350

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

Massa del carico (kg)

Acc

eler

azio

ne (m

/sec

^2)

Motore bilateroMotore monolatero water cooledMotore monolatero non raffreddato

62

Comportamento con carichi utiliComportamento con carichi utiliVa tenuto in conto anche quanto il motore sia più o meno sensibile al variare dell’entità della massa da movimentare

Sensibilità all'aumentare della massa del carico

0

10

20

30

40

50

60

0 1 2 3 4 5 6 7 8

Massa del carico (kg)

Acce

lera

zion

e (m

/sec

^2) 1.38 Kg, 75 N, 54m/sec 2̂

2.10 Kg, 97 N, 46m/sec 2̂

63

Vantaggi e limitazioninell’utilizzo di motori lineari

64

I vantaggi nell’utilizzo di motori lineari I vantaggi nell’utilizzo di motori lineari Elevate prestazioni intrinseche

Consente la filosofia progettuale “DIRECT DRIVE”

elevate velocità ( > 10 m/sec ) elevate accelerazione ( > 20 g) elevata precisione ed accuratezza di posizionamento

Riduzione e semplificazione della catena cinematica

• Consente una maggiore flessibilità operativa(non ho rigidi meccanismi ma dispositivi programmabili)

• Eliminazione delle inerzie, dei giochi, dell’elasticità edegli effetti d’usura degli organi della catena cinematica

Miglioramento delle prestazioni del sistema

• Aumento dell’affidabilità

65

Le difficoltà legate all’utilizzo di motori lineari Le difficoltà legate all’utilizzo di motori lineari

Limitazioni tecniche• Le spinte esercitate dai motori lineari sono inferiori ai dispositivi tradizionali [ potenza e forza specifica ]

• Non essendo presente un riduttore di velocità il motore sente direttamente tutto il carico

Limitazioni economiche

• Costo dei materiali (MP)

• Il mercato è ancora molto ristretto

non si possono applicare economie di scala

Costi elevati

Limitata diffusione

• La scarsa conoscenza delle reali potenzialità dei motori lineari

66

Il primo motore lineareè stato costruito da Wheatstone

nel 1845

Le applicazioni

67

Le applicazioni

I motivi del recente sviluppo dei motori elettrici

Sviluppo di materiali sempre più performanti:

Sviluppo dell’elettronica di potenzaRapida evoluzione nella componentistica elettronicaApplicazione di strategie di controllo innovativeMetodologie di progettazione più raffinate (F.E.M.)Affermazione di nuove aree di applicazione (industria elettronica)Richiesta di motori direct drive ad alta velocità e ad alta coppia/spinta

magneti permanenti

processi di sinterizzazione delle polveri

isolanti adatti a sopportare alte temperature

68

Applicazioni industriali dei motori lineariApplicazioni industriali dei motori lineari

Capacità movimentare con estrema velocità e precisione oggetti di massa ridotta

Sviluppati nella Silicon Vallley per componenti elettronici, chip schede telefoniche, …

Per la loro flessibilità operativa e precisione sono molto usati nelle macchine utensili

tavole porta-pezzo taglio e saldatura laser, fresatrici, macchine per la lavorazione del legno, …

Per la loro flessibilità operativa e semplificazione dell’architettura delle macchine Packaging

GD pacchetti di sigarette, imballaggio pannolini, glassatura delle dolciumi, test, alimentatori, …

69

Esame di tre casi applicativi scelti per la loro:

• forte rappresentatività per il mondo delle macchine automatiche

• e poiché consentono di illustrare due contesti progettuali radicalmentediversi:

Altadinamica

Progettazionead hoc

Motore inconfigurazione

minima

Moderata dinamica

Progettazioneordinaria Sistema integrato

Flessibilità

Economicità

Applicazioni industriali dei motori lineariApplicazioni industriali dei motori lineari

1°

2°- 3°

70

Applicazione ad alta dinamicaApplicazione ad alta dinamica

Tipologia: Dispositivo sollevatore

Soluzione attuale:

• manovellismo di spinta con motoriduttore brushless

• corsa di 227 mm

• ritmo operativo pari a 160 battute/minuto

Evoluzione oggetto dello studio

• piattello direttamente azionato da un motore lineare;

• incrementare il ritmo operativo a 250 battute/minuto

1°1°

71

Legge di moto:

Ottimizzazione con obiettivo: aRMS minimo

Periodo: 240 msecCorsa: 277 mmVelocità massima: 6 m/secValore massimo accelerazione: 24.2 gValore efficace accelerazione: 12.32 g

1°1° Applicazione ad alta dinamicaApplicazione ad alta dinamica

72

Applicazione ad alta dinamicaApplicazione ad alta dinamica

Sistema di guide lineari: Guida profilata

(carrello fisso e rotaia opportunamente alleggerita)

Sistema di bilanciamento statico: Pneumatico

Massa traslante (ridotta al minimo): 1,5 Kg (escluso movente)

Tipo di motore scelto: LSM brushless

Morfologia costruttiva: Bilatero ( IRONLESS )

Casa costruttrice: KOLLMORGEN

Modello: IL 24-100-A4

Massa del movente: 1.42 kg

Forza Continua: 450 N [ Frms = 400 N; 89% di F cont ]

Forza Peak: 1600 N [ Fmax = 585 N; 37% di F peak ]

1°1°

73

Applicazione con dinamica moderataApplicazione con dinamica moderataTipologia:Movimentazione delle pistole per deposizione colla a caldo

2°2°

Cordone trasversale

Cordone longitudinale

Soluzione attuale:• manovellismo di spinta

con brushless rotativo• corsa 127 mm • tratto a velocità costante

(0.65 m/sec) • ritmo operativo pari a 120 bpm

74

2°2°

Evoluzione oggetto dello studio: • semplificare l’architettura della macchina • aumentare la flessibilità operativa

In questo caso non è possibile una preliminare ottimizzazione della massamovente poichè il maggiore carico inerziale è costituito dalle pistole perla collaLa legge di moto è stata ottimizzatausando il metodo Monte Carlomodificato con obiettivo di ARMS

Posizione [mm vs sec] Velocità [m/sec vs msec]

Acceleraz. [mm/sec^2 vs msec]

Applicazione con dinamica moderataApplicazione con dinamica moderata

75Stage Trilogy T3E

2°2°

Tipo di motore scelto: Sistema integrato con motore LSM Morfologia costruttiva: Bilatero ( IRONLESS )

[ Fmax = 243 N; 44,6% di F peak ][ Frms = 90 N; 70% di F cont ]

Casa costruttrice: TRILOGYModello: Stage T3E - 3poliMassa del movente: 2.8 kgForza Continua: 130 NForza Peak: 540 N

Applicazione con dinamica moderataApplicazione con dinamica moderata

Costo stimato: 5.000 $

76

3°3° Applicazione con dinamica moderataApplicazione con dinamica moderata

Tipologia:Spingitore per una astucciatrice a trasferimento sincrono intermittente

Nastro adduzione scatole

Nastro adduzione prodotti

Camma solidaleall'albero Master

Asta spingitore Prodotti

77


Soluzione attuale:Questa stazione operativa costituisce attualmente il collo di bottiglia per l’innalzamento del ritmo produttivo della macchina

• Vibrazioni• Difficoltà nel controllare la legge di moto per migliorare la dinamica dell’urto con il prodotto

Evoluzione oggetto dello studio• spingitore direttamente azionato

da un motore lineare;• incrementare il ritmo operativo;Ritmo produttivo: 80 btm escursione: 400 mmmassa prodotto: 1Kg 0.00

50.00

100.00

150.00

200.00

250.00

300.00

350.00

400.00

450.00

0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 0.70 0.80

Tempo

Po

sizi

on

e m

m v

s se

c

78


Tipo di motore scelto:Sistema integrato con motore LSM Morfologia costruttiva:Tubolare ad albero fisso

Casa costruttrice: ThustTube Modello: Linear Drive TB 3804Massa movente: 2,9 KgForza Cont: 104 NF rms: 84,4 N [81% Fcont]Forza Peak: 1584 NForza Max: 195 N [12% Fpeak]

79

Valutazioni conclusiveValutazioni conclusive

Confrontando le necessità specifiche delle macchine automatiche per il packaging e l’assemblaggio con le potenzialità dei motori lineari emerge:

I motori lineari devono ancora evolvere per soddisfare le esigenze delle macchine automatiche

• Molti motori sono sovrabbondanti per accuratezza di posizionamento e rigidezza ma ancora troppo ingombranti e pesanti.

• Mercato ancora giovane non c’è stata ancora né una selezione néuna specializzazione, manca una standardizzazione dei datasheet

• Molti attuatori sono ottimizzati per esigenze di macchine di altre famiglie di impiego (macchine utensili), mentre una progettazione piùorientata porterebbe una riduzione di ingombri, costi e migliori prestazioni dinamiche

80


Alcuni auspicabili miglioramenti dell’offerta commerciale:

• Per alti ritmi operativi e corse limitate sviluppare motori “moving magnet”Infatti, non alimentando la parte in moto, si elimina il problema del trasporto e dell’usura dei cavi.

• Evolvere i motori lineari di tipo asincrono oggi scarsamente presenti sul mercato ma che sono sicuramente i più economici

81


Aspetti e raccomandazioni riguardanti la progettazione:

L’applicazione di un motore lineare non si può limitare alla semplice sostituzione di una parte di una macchina ma spesso e necessaria una completa riprogettazione del mezzo operativo

• sia per sfruttare a pieno i benefici di tale tecnologia nell’organizzazione funzionale della macchina

• sia per motivazioni di ordine tecnico

• riduzione delle masse [FEM, materiali innovativi]• curare l’ottimizzazione delle leggi di moto• irrigidimento della struttura [sistema di retroazione, forze di inerzia]

82

BibliografiaBibliografia

• E.R. Laithwaite: “Induction machines for special porpouses”, Ed. Newnes Lim, London (UK),1966

• S.A.Nasar, I. Boldea: “ Linear motion electric machines”, Wiles & Sons, New York (USA), 1976

• M.Jufer: “Trasducteurs Électromécaniques”, Ed Giorgi, St-Saphorin (CH), 1979

• M. Poloujadoff: “The theory of linear induction machinery”, Clarendon Press, Oxford (UK), 1980

• S.A.Nasar, I. Boldea: “ Linear motion electromagnetic systems”, Wiles & Sons, New York (USA), 1985

• J.F.Gieras “Linear induction drives”, Clarendon Press, Oxford (UK), 1993

• A. Basak:”Permanent – magnet DC linear motors”, Clarendon Press, Oxford (UK), 1996

Testi

83

• I. Boldea, S.A.Nasar: “ Linear electric actuators and generators”, Cambridge University Press (UK), 1997

• J.F. Gieras, Z.J. Piech: “Linear synchronous motor”, CRC Press (USA), 2000

Testi

Articoli• M. Andriollo, A.Di Geraldo, (Componenti industriali Publitec): “Realizzare movimenti rettilinei con guide elettromagnetiche” N. 46 - 47 – 48 1999-2000

• F. Lotti, G. Vassura, A. Zucchelli, M. Salmon: “ Selection of linear motors for high-speed packaging machines”, IEEE/ASME International Conference on Advanced Intelligent Mechatronics (AIM'01) - 2001 • F.Lotti: “I motori lineari e le macchine automatiche”: www.opifici.it, Giu 2001• F.Lotti: “Dimensionamento e selezione dei motori lineari per macchine di confezionamento ad alte velocità”: www.opifici.it Set 2001

• F.Lotti: “Valutazione dell’applicabilità dei motori lineari nella movimentazione di uno spingitore di una macchina automatica per il confezionamento”:www.opifici.it, Ott. 2001


84

Siti Internet


85

Siti Internet


86

Siti Internet


88

Disclaim - I dati riportati hanno scopo puramente esemplificativo pertantopossono discostare dai reali dati tecnici dei prodotti commerciali illustrati.

MOTORI ELETTRICI LINEARI · 2009. 3. 23. · Motore asincrono prodotto da Normag - Baldor. 23...

Documents

Transcript of MOTORI ELETTRICI LINEARI · 2009. 3. 23. · Motore asincrono prodotto da Normag - Baldor. 23...