motori elettrici lineari
annuncio pubblicitario
MOTORI ELETTRICI LINEARI Il panorama dei motori lineari disponibili in commercio, criteri di scelta, studi ed esempi di applicazione 1 Introduzione I motori lineari sono motori elettrici che producono il moto direttamente in forma lineare. “srotolando su un piano i tradizionali motori rotativi” 3 Introduzione Alcuni parametri da tenere in considerazione con i motori lineari: • La corsa corsa • Porre attenzione agli ingombri impegnati dal motore durante il moto 4 Principi di funzionamento Introduzione I principi di fisici alla base del funzionamento sono gli stessi dei motori rotativi. I principi di funzionamento dei motori lineari Riluttanza variabile Riluttanza fissa Motori passo Motori asincroni Motori sincroni 5 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) 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 t = passo della dentatura m = numero di fasi (3 o 4) p = passo = t / 2m Struttura dentata ferromagnetica o magneti permanenti (MP) 6 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) Eccitando le fasi “1” 7 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) Eccitando le fasi “2” 8 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) Eccitando le fasi “2” 9 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) La struttura elettromagnetica Motore IBRIDO in cui nell’armatura è presente un magnete permanente NORMALE IBRIDO • vantaggio - presenza di un campo magnetico permanente Æ conservare la posizione anche con motore spento • svantaggi - aumento dei costi e della forza d’attrazione 10 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) • 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 Energia Logica di comando + _ Generatore impulsi di comando Convertitore di alimentazione Movimento Motore stepper Sensore di posizione 11 Principi di funzionamento Svantaggi Svantaggi Motori passo (LSTM) • Moto incrementale Æ 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 Æ per avere alta risoluzione Æ traferro di decimi di mm, Æ 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 12 Principi di funzionamento Motori passo (LSTM) Applicazioni Applicazioni • • • • • • • • 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 13 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Motori ad induzione o asincroni Indotto Armatura Primario con avvolgimenti trifase o bifase Secondario di materiale conduttore 14 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Le fasi del PRIMARIO vengono opportunamente eccitate da correnti sinusoidali Indotto Armatura 15 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Si produce così un campo magnetico traslante con velocità vs= 2 f t f = Frequenza di alimentazione [Hz] t = semipasso polare [m] Indotto Armatura 16 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) 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” Indotto Armatura 17 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Le correnti indotte generano a loro volta un altro campo magnetico che interagisce con quello generato dal primario inseguendolo Campo magnetico Indotto indotto Armatura 18 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Particolarità del motore lineare asincrono • 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] Secondario Primario 19 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) • Prestazioni dei LIM per uso industriale Spinte > 2000 N [con bassi valori del Duty Cycle ] Accelerazioni di 1 g Velocità elevate fino a 50 m/sec • Assenza di MP Æ costi ridotti nella realizzazione di lunghe corse • Ottimi per sistemi di trasporto civile ed industriale La spinta è indipendente dal contatto ruota rotaia 20 Principi di funzionamento Svantaggi Svantaggi Motori ad induzione (LIM) • Il controllo risulta complesso Per realizzare il controllo in posizione è necessario il controllo di tipo vettoriale delle correnti nelle fasi del primario • Durante il funzionamento può esserci un’elevata forza normale repulsive o attrattive DSLIM • Il rendimento è peggiore rispetto ai motori sincroni • ed a parità di spinta anche l’ingombro è maggiore 21 Principi di funzionamento Motori ad induzione (LIM) Motore asincrono prodotto da Normag - Baldor 22 Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) 3 Avvolgimento trifase N S N S Pista con magneti permanenti S 2 N 1 23 N S Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) 3 S N S N S N S Flusso magnetico concatenato con la prima spira 2 N 1 ϕ c1 dϕ c1 Derivata del flusso magnetico concatenato con la prima spira dl 24 Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) ϕ c1 La spinta che si esercita sull’avvolgimento è esprimibile secondo l’espressione: ϕc2 ϕ c3 3 F = ∑ Iq q =1 dϕ c1 dϕ c q dl dl Corrente all’interno della fase q dϕ c 2 dl dϕ c3 dl Derivata del flusso concatenato con la fase q 25 60° 120° 180° 240° 300° 360° [ gradi elettrici ] Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) ϕ c1 Alternando le fasi ed i segni delle correnti all’interno delle tre bobine si può ottenere una spinta costante 3 F = ∑ Iq dϕ c1 q =1 dl dϕ c q dl 26 60° 120° 180° 240° 300° 360° [ gradi elettrici ] Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) Particolarità del motore lineare sincrono [ Brushless ] • 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) 27 Principi di funzionamento Svantaggi Svantaggi Motori sincroni (LSM) • 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 e trucioli ferromagnetici (macchine utensili). 28 Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) Vantaggi Vantaggi 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/sec accelerazioni anche superiori a 20 g spinte 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 uno standard industriale 29 Principi di funzionamento Motori sincroni (LSM) I valori di corsa e spinta dei motori sincroni rispondono pienamente alle esigenze delle macchine automatiche 10000 Spinta in N LIM 1000 100 Sistemi di movimentazione industriale 10 1 LSM Asservimenti di posizione LSTM 0.01 Corsa in m 0.001 0.01 0.1 1 10 100 1000 30 Forme costruttive dei motori sincroni Morfologie costruttive dei motori lineari Un’altra fondamentale classificazione dei motori lineari può essere effettuata analizzando le diverse forme costruttive: Ogni struttura ha delle caratteristiche peculiari, generalmente si può distinguere tra: • Motori MONOLATERI • Motori BILATERI • Motori TUBOLARI 31 Forme costruttive dei motori sincroni Motori monolateri (IRONCORE) La struttura monolatera essendo aperta provoca una dispersione del campo magnetico Per concentrare le linee di flusso del campo magnetico concatenato con le spire del movente si aggiunge un “nucleo ferromagnetico” ϕ c onc. ⇒ F Massa mov 32 Forme costruttive dei motori sincroni Motori monolateri (IRONCORE) Vantaggi • 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 termico per ventilazione forzata data dal moto generalmente rapido • Modularità della corsa Svantaggi • Nucleo ferromagnetico Æ • Forza d’attrazione • Maggiore inerzia del movente Applicazioni • dove sono necessarie alte spinte e precisione macchine utensili [Siemens, Kollmorgen ] 33 Forme costruttive dei motori sincroni Motori bilateri (IRONLESS) 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 34 Forme costruttive dei motori sincroni Motori bilateri (IRONLESS) Vantaggi Svantaggi Applicazioni • Simmetria del campo magnetico • Ottimo sfruttamento del flusso magnetico • Assenza di forze d’attrazione • Massa ridotta del movente (resine epossidiche) • Struttura chiusa Æ Difficoltà di smaltimento termico Æ Spinte non superiori a 2 kN • Dove non sono necessarie alti valori della spinta ma movimenti rapidi e precisi • Pick and Place e robot cartesiani 35 Forme costruttive dei motori sincroni Motori cilindrici (TUBULAR) 36 Forme costruttive dei motori sincroni Motori cilindrici (TUBULAR) I motori della Sulzer LinMot P I motori della ThrustTube 37 Forme costruttive dei motori sincroni Motori cilindrici (TUBULAR) Vantaggi Svantaggi Applicazioni • Ottimo sfruttamento del flusso magnetico • Eccellente comportamento termico facilità di raffreddamento ventilazione forzata durante il moto • Bassi costi di costruzione dell’avvolgimento • Lunghezza della corsa limitata • Effetti di bordo Æ La spinta può calare con la fuoriuscita dello stelo • Applicazione molto veloci su corse medio brevi • Pick and Place, spingitori, tastatori 38 Forme costruttive dei motori sincroni Morfologie 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 39 Metodi di selezione e dimensionamento 40 Dimensionamento elettrico del motore Le 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. F = I ⋅Kf PJoule PJoule = R ⋅ I 2 Condizioni fondamentali per il dimensionamento elettrico Da catalogo FCont > FRMS FPeak > FMAX R ⋅ FRMS = 2 Kf 2 PJoule < Pnom 41 Caratteristiche dell’applicazione Dimensionamento elettrico del motore Flusso di energia E. elettr.. Rete elettrica Regolazione En.elettr. Sistema di alimentazione En. el.Æ En. mec. Motore Azionamento I 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) 42 Modello di dimensionamento meccanico Equazioni di equilibrio Fmotore = Festerne ⋅ tˆ + F peso ⋅ tˆ + Fattrito + Fbil .stat . + Finerzia Spinta richiesta al motore Canoni fondamentali per il dimensionamento meccanico Finerzia = M tot ⋅ a Riduzione delle masse Ottimizzazione delle leggi di moto (aMax e aRMS) 43 Modello di dimensionamento meccanico Il procedimento di calcolo è INEVITABILMENTE iterativo !! Ottimizzazione della legge di moto - rispetto dei vincoli di posizionamento - minimizazare aRMS e aMAX Motore di primo tentativo Definire la legge di moto M totale = M pagante + M movente Equazioni di equilibrio Scelta di altro motore o della taglia superiore o di un altro costruttore o di un'altra tipologia Calcolo di FRMS e FMAX Verifica: FRMS < Fcont FMAX < FPeak Ok Finerzia = M tot ⋅ a No 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 44 Organi ausiliari alla movimentazione lineare 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. • 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 45 Guide lineari 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 profilate 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 Manicotti a sfere Guide di precisione 46 Sensori di posizione Ci sono differenti tipologie di encoder nel campo dei motori lineari: • Encoder ottici predominanti nelle applicazioni industriali permettono un’altissima risoluzione [20 µm – 0.1 µm] accuratezza maggiore rispetto alle altre tipologie 47 Sensori di posizione • Encoder magnetici (magneto-resistenze o ad effetto di Hall) semplicità ridotta sensibilità allo sporco e alle vibrazioni costo ridotto 48 Cavi e sistemi guidacavi 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 ↑ Æ Voltaggio ↑ Æ Sezioni dei conduttori ↑ Æ Stress flessione ↑ Sono necessari cavi speciali high flex long life Possono costituire una seria limitazione alle accelerazioni massime 49 Sistemi di raffreddamento L’evacuazione del calore prodotto negli avvolgimenti è cruciale. Esistono tre tipologie dei sistemi di raffreddamento: • Scambiatore alettato Generalmente in alluminio, Al di sopra di un certo valore della velocità del movente lo scambio termico avviene per convezione forzata • Raffreddamento forzato ad aria Un flusso d’aria compressa transita nell’avvolgimento e si disperde nell’ambiente • Raffreddamento a fluido (acqua, olio) E’ la più efficace ma molto rara esempio Siemens per macchine utensili tre circuiti di raffreddamento (avvolgimento, magneti, precisione) 50 Sistemi per il bilanciamento statico Per loro natura i motori lineari non sono in grado di contrastare il moto retrogrado in condizione di power failure. 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 regolatrice della pressione 51 Due 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 per l’ottimizzazione delle prestazioni configurazione minima 52 Due configurazioni commerciali 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 Movente Fine corsa Sensore di posizione Catena portacavi Rotaia della guida profilata Magneti permanenti configurazione integrata 53 Alcuni parametri chiave nella progettazione 54 Alcuni parametri chiave 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 9 sia per orientarsi nella scelta tra le differenti soluzioni costruttive 9 sia nella selezione di singolo prodotto specifico 55 Alcuni parametri chiave I parametri più importanti sono: • l’accelerazione massima • l’accelerazione continua • il rapporto tra forza continua e forza d’attrazione Accmax = Acccont Fmax Massa movente Fcont = Massa movente K Attr . FAttr = FCont Inoltre, verrà definita la Sensibilità alla variazione del carico pagante 56 L’accelerazione continua Accelerazione continua Monolateri e Bilateri Forza continua in N 2000 1800 Mon. Not cooled 1600 Mon. Water cooled 1400 Bilateri 1200 1000 800 600 400 200 Massa movente (kg) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 57 L’accelerazione continua 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 costruttiva Accelerazione continua [ m/sec2 ] Accelerazione continua [g] Motori bilateri 187 19 161 16.5 91 9.3 Motori monolateri raffreddati ad acqua Motori monolateri non raffreddati 58 L’accelerazione continua 59 Comportamento 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] Kollmorgen IL 24 -100 Bilatera 1.42 450 Monolatera water cooled 3.6 425 Monolatera non raffreddato 9.1 475 Anorad LCD-T-3-P Anorad LFA-S-3-P 60 Comportamento con carichi utili Sensibilità all'aumentare della massa del carico 350 Accelerazione (m/sec^2) 300 Motore bilatero Motore monolatero water cooled 250 I motori monolateri sono meno sensibili alla variazione del carico utile rispetto a quelli bilateri. Motore monolatero non raffreddato 200 150 100 50 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 2 0 21 Massa del carico (kg) 61 Comportamento con carichi utili Va 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 Accelerazione (m/sec^2) 60 1.38 Kg, 75 N, 54m/sec^2 2.10 Kg, 97 N, 46m/sec^2 50 40 30 20 10 Massa del carico (kg) 0 0 1 2 3 4 5 6 7 8 62 Vantaggi e limitazioni nell’utilizzo di motori lineari 63 I vantaggi nell’utilizzo di motori lineari Elevate prestazioni intrinseche elevate velocità ( > 10 m/sec ) elevate accelerazione ( > 20 g) elevata precisione ed accuratezza di posizionamento Miglioramento delle prestazioni del sistema Consente la filosofia progettuale “DIRECT DRIVE” Æ 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 e degli effetti d’usura degli organi della catena cinematica • Aumento dell’affidabilità 64 Le difficoltà legate all’utilizzo di motori lineari ¾ 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 ¾ Limitata diffusione • La scarsa conoscenza delle reali potenzialità dei motori lineari ¾ Limitazioni economiche • Costo dei materiali (MP) • Il mercato è ancora molto ristretto Æ non si possono applicare economie di scala Costi elevati 65 Le applicazioni Il primo motore lineare è stato costruito da Wheatstone nel 1845 66 Le applicazioni I motivi del recente sviluppo dei motori elettrici Sviluppo di materiali sempre più performanti: magneti permanenti processi di sinterizzazione delle polveri isolanti adatti a sopportare alte temperature Sviluppo dell’elettronica di potenza Rapida evoluzione nella componentistica elettronica Applicazione di strategie di controllo innovative Metodologie 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 67 Applicazioni 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 Æ Packaging GD pacchetti di sigarette, imballaggio pannolini, glassatura delle dolciumi, test, alimentatori, … 68 Applicazioni industriali dei motori lineari 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 radicalmente diversi: 1° Alta dinamica 2°- 3° Moderata dinamica Progettazione ad hoc Progettazione ordinaria Motore in configurazione minima Flessibilità Sistema integrato Economicità 69 1° Applicazione 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 70 1° Applicazione ad alta dinamica Legge di moto: Ottimizzazione con obiettivo: aRMS minimo Periodo: 240 msec Corsa: 277 mm Velocità massima: 6 m/sec Valore massimo accelerazione: 24.2 g Valore efficace accelerazione: 12.32 g 71 Applicazione ad alta dinamica 1° 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 ] 72 2° Applicazione con dinamica moderata Tipologia: Movimentazione delle pistole per deposizione colla a caldo 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 Cordone trasversale Cordone longitudinale 73 2° Applicazione con dinamica moderata Evoluzione oggetto dello studio: • semplificare l’architettura della macchina • aumentare la flessibilità operativa In questo caso non è possibile una preliminare ottimizzazione della massa movente poichè il maggiore carico inerziale è costituito dalle pistole per la colla La legge di moto è stata ottimizzata usando il metodo Monte Carlo modificato con obiettivo di ARMS Posizione [mm vs sec] Velocità [m/sec vs msec] Acceleraz. [mm/sec^2 vs msec] 74 2° Applicazione con dinamica moderata Tipo di motore scelto: Sistema integrato con motore LSM Morfologia costruttiva: Bilatero ( IRONLESS ) Casa costruttrice: TRILOGY Modello: Stage T3E - 3poli Massa del movente: 2.8 kg Forza Continua: 130 N [ Frms = 90 N; 70% di F cont ] Forza Peak: 540 N [ Fmax = 243 N; 44,6% di F peak ] Costo stimato: 5.000 $ Stage Trilogy T3E 75 Applicazione con dinamica moderata 3° Tipologia: Spingitore per una astucciatrice a trasferimento sincrono intermittente Nastro adduzione prodotti Asta spingitore Camma solidale all'albero Master Prodotti Nastro adduzione scatole 76 3° Applicazione con dinamica moderata 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 Ritmo produttivo: 80 btm escursione: 400 mm massa prodotto: 1Kg 450.00 400.00 Posizione mm vs sec Evoluzione oggetto dello studio • spingitore direttamente azionato da un motore lineare; • incrementare il ritmo operativo; 350.00 300.00 250.00 200.00 150.00 100.00 50.00 0.00 0.00 0.10 0.20 0.30 0.40 Tempo 0.50 0.60 0.70 77 0.80 3° Applicazione con dinamica moderata Tipo di motore scelto: Sistema integrato con motore LSM Morfologia costruttiva: Tubolare ad albero fisso Casa costruttrice: ThustTube Modello: Linear Drive TB 3804 Massa movente: 2,9 Kg Forza Cont: 104 N F rms: 84,4 N [81% Fcont] Forza Peak: 1584 N Forza Max: 195 N [12% Fpeak] 78 Valutazioni 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 Ænon c’è stata ancora né una selezione né una specializzazione, manca una standardizzazione dei datasheet • Molti attuatori sono ottimizzati per esigenze di macchine di altre famiglie di impiego (macchine utensili), mentre una progettazione più orientata porterebbe una riduzione di ingombri, costi e migliori prestazioni dinamiche 79 Valutazioni conclusive 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 80 Valutazioni conclusive 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] 81 Bibliografia Testi • 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 82 Bibliografia Testi • 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 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 highspeed 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”: 83 www.opifici.it, Ott. 2001 Bibliografia Siti Internet 84 Bibliografia Siti Internet 85 Bibliografia Siti Internet 86 Disclaim - I dati riportati hanno scopo puramente esemplificativo pertanto possono discostare dai reali dati tecnici dei prodotti commerciali illustrati. 88
