Tendência de desenvolvimento
Atualmente, o desenvolvimento da tecnologia de acionamento direto para motores lineares apresenta as seguintes tendências:
Os servomotores lineares utilizados em sistemas de alimentação de máquinas-ferramenta serão predominantemente do tipo com ímã permanente.
Integrar o motor, o encoder, o trilho guia, o cabo, etc., reduz o tamanho do motor e facilita a instalação e o uso.
Modularize cada componente funcional (trilhos-guia, encoders, rolamentos, conectores, etc.).
Dar atenção ao desenvolvimento de tecnologias relacionadas, como componentes de feedback de posição e tecnologia de controle, é fundamental para melhorar o desempenho dos motores lineares.
Direção da pesquisa
O objetivo da pesquisa em motores lineares é aprimorar o desempenho do motor e atender aos requisitos de aplicação. As principais características de desempenho dos motores lineares incluem velocidade, aceleração, empuxo e sua flutuação, precisão de posicionamento, precisão de posicionamento repetitivo, características mecânicas (características de velocidade-empuxo), desempenho transitório (resposta de velocidade) e características térmicas, etc.
Como um sistema eletromecânico, para melhorar seu desempenho, podem ser feitos esforços tanto no aspecto estrutural quanto no de controle.
Projeto estrutural
Os motores lineares são compostos por estruturas de circuitos magnéticos primários e secundários, bem como estruturas mecânicas como suporte, sensores e sistemas de medição, refrigeração, proteção contra poeira e mecanismos de proteção.
Projeto de circuito magnético
Uma tarefa importante no projeto de circuitos magnéticos é garantir que o empuxo e a flutuação do empuxo do motor atendam aos requisitos do projeto.
O cálculo da distribuição do campo magnético dentro de um motor elétrico é fundamental para o projeto de circuitos magnéticos. Devido à particularidade de sua estrutura, os motores lineares apresentam efeitos de extremidade, que causam distorção no campo magnético. Além disso, materiais magnéticos macios, como chapas de aço silício, são utilizados para compor o circuito magnético. As fronteiras do meio são tortuosas e entrecruzadas, o circuito magnético é complexo e a não linearidade é acentuada. Se o método tradicional de circuito magnético equivalente ou o método gráfico forem adotados para o cálculo, erros significativos ocorrerão, podendo até mesmo impossibilitar o cálculo. Portanto, soluções numéricas – principalmente o método dos elementos finitos (MEF) – são amplamente adotadas para calcular a distribuição do campo magnético em motores lineares, permitindo o cálculo do empuxo e suas flutuações, bem como da força vertical e outros parâmetros de desempenho. Atualmente, existem muitos softwares de MEF para cálculo de campos eletromagnéticos de alta qualidade disponíveis no mercado. Assim, o ponto crucial no cálculo do campo eletromagnético de motores lineares com MEF reside na criação de um modelo de elementos finitos preciso.
Reduzir as flutuações de empuxo é um ponto crucial e desafiador no projeto de circuitos magnéticos. As causas dessas flutuações incluem: harmônicos de alta ordem na corrente primária e na força eletromotriz reversa, formas de onda não sinusoidais da densidade de fluxo no entreferro, efeito de cogging, efeito de extremidade, etc. A flutuação de empuxo pode ser reduzida otimizando-se a forma e o arranjo dos ímãs permanentes, diminuindo a densidade de fluxo magnético da excitação dos ímãs permanentes, adotando estruturas sem núcleo e multipolares no estágio primário, aumentando o número de ranhuras e ampliando o entreferro. No entanto, algumas dessas medidas podem prejudicar outras características do circuito. Portanto, ao projetar, os requisitos do projeto devem ser considerados de forma abrangente para se obter o melhor resultado.
O projeto da estrutura mecânica envolve muitas questões. Aqui, enfatizamos apenas a pesquisa sobre o sistema de refrigeração, pois este aspecto é facilmente negligenciado. De fato, as características térmicas são um fator importante em motores lineares. Para o mesmo modelo de motor, o empuxo máximo quando refrigerado é o dobro do empuxo quando não refrigerado. Portanto, a qualidade do sistema de refrigeração do motor tem um impacto significativo em seu desempenho. Otimizar o projeto a partir do sistema de refrigeração é um atalho para melhorar o desempenho do motor. A análise das características térmicas de motores elétricos geralmente também adota o método dos elementos finitos, e o projeto de refrigeração é otimizado com base nos resultados dos cálculos.
Pesquisa sobre tecnologia de controle
A tecnologia de controle é outro ponto crucial e complexo no projeto de motores lineares.
Quando o sistema servo linear está em operação, ele aciona diretamente a carga. Assim, as variações na carga afetam diretamente o motor. Perturbações externas, como mudanças na massa da peça ou da ferramenta, ou na força de corte, também atuam diretamente no motor sem atenuação. Alterações nos parâmetros do motor também afetam diretamente seu funcionamento normal. Há atrito no trilho guia linear. Os motores lineares também apresentam efeito de cogging e efeito de extremidade. Todos esses fatores dificultam o controle dos motores lineares. No algoritmo de controle, essas perturbações devem ser suprimidas ou compensadas; caso contrário, é fácil causar instabilidade no sistema de controle.
De forma geral, o projeto do controlador deve atender aos seguintes requisitos: alta precisão de rastreamento em regime permanente, resposta dinâmica rápida, forte capacidade anti-interferência e boa robustez. Diferentes motores lineares ou diferentes cenários de aplicação têm diferentes requisitos para algoritmos de controle, portanto, métodos de controle apropriados devem ser adotados com base em circunstâncias específicas. Atualmente, as estratégias de controle adotadas por servomotores lineares incluem principalmente o controle PID tradicional e o controle de desacoplamento, métodos de controle modernos como controle não linear, controle adaptativo, controle de estrutura variável por modo deslizante, controle H∞, controle inteligente como controle fuzzy e controle por inteligência artificial (como sistemas de redes neurais artificiais), etc.
Pode-se observar que o algoritmo de controle de motores lineares envolve uma grande quantidade de cálculos e, na aplicação prática de sistemas de avanço de usinagem de alta velocidade, exige alto desempenho em tempo real. Portanto, impõe requisitos muito elevados a todo o sistema de controle numérico. Para atender a esses requisitos, além de otimizar o algoritmo de controle, também é necessário adotar hardware de alto desempenho. Nos sistemas de avanço de centros de usinagem de alta velocidade, geralmente se adota a tecnologia de acionamento totalmente digital, com PC como plataforma básica e DSP para interpolação e controle servo.
Embora o controle de motores lineares seja muito mais complexo do que o de motores rotativos, suas características eletromagnéticas e princípios de funcionamento são basicamente semelhantes, e a tecnologia de servocontrole para motores rotativos já atingiu um nível de maturidade relativamente alto. Portanto, durante a fase de pesquisa experimental, visando estabelecer o sistema experimental o mais rápido possível para verificar a viabilidade do projeto, podemos também adaptar o servocontrolador do motor rotativo para um servocontrolador de motor linear. Isso pode reduzir o custo e o ciclo de pesquisa e desenvolvimento, além de ter relevância para o desenvolvimento de servocontroladores específicos para motores lineares.
A pesquisa experimental e a pesquisa teórica são a base do projeto, mas, para determinar o desempenho de um motor elétrico, é fundamental que ele ainda dependa de testes específicos. A tecnologia de teste de desempenho para motores rotativos já está bastante madura e padronizada, mas ainda não existe um método unificado para o teste de desempenho de motores lineares. Portanto, pesquisar métodos de teste de desempenho eficientes e precisos para motores lineares também é um tópico muito importante, que impulsiona a pesquisa teórica. Os pontos-chave da pesquisa experimental residem na medição precisa de vários parâmetros, como velocidade, aceleração, força estática, força dinâmica, deslocamento e temperatura. Se necessário, uma bancada de testes dedicada também deve ser projetada. Com base nos resultados dos cálculos teóricos, o esquema de projeto é otimizado. A partir disso, um protótipo é fabricado e, em seguida, a correção do projeto é verificada por meio de testes de desempenho no protótipo. Um motor linear de alto desempenho geralmente requer inúmeros cálculos e testes repetidos antes de poder ser fabricado.
Para mais informações sobre o grupo gerador, entre em contato com a equipe da Beidou Power. Com mais de dez anos de experiência na produção e venda de equipamentos de geração de energia, e uma equipe de engenheiros altamente qualificados à sua disposição, escolher a Beidou Power é escolher tranquilidade. Agende uma visita à nossa fábrica.
Data da publicação: 24/12/2025