Forza con una sola direzione: Motori lineari FAULHABER

Il motore elettrico convenzionale genera la sua forza da un movimento rotazionale; il rotore e lo statore presentano una disposizione circolare. Il motore lineare, invece, non ha come componente mobile un rotore bensì uno stelo. Lo stelo e lo statore sono «srotolati» e posti uno sopra l'altro in forma rettilinea. Dunque, nel motore lineare la coppia viene generata in linea retta e lo stelo si muove avanti e indietro lungo un asse.

Come sono fatti i motori lineari di FAULHABER?

Nei motori lineari l'avvolgimento può essere utilizzato o come statore o come rotore. I magneti permanenti fungono l'uno da controparte dell'altro. Tuttavia, nel caso di FAULHABER, i magneti permanenti al neodimio sono sempre alloggiati nello stelo, mentre la bobina funge esclusivamente da statore. Questo design consente di realizzare motori dal volume particolarmente ridotto, in grado di produrre una coppia molto elevata.

L'avvolgimento di forma oblunga del motore lineare è autoportante e coreless, ragion per cui non si forma alcun cogging. Presenta tre segmenti isolati elettricamente ed è cavo all'interno. Lo stelo si muove in questa cavità; i due componenti sono separati da un piccolo traferro. Nello stelo i vari magneti sono incollati uno dopo l'altro a forma di barra, con i poli in concordanza di polarità tra loro (nord-nord, sud-sud).

Lo stelo è l'unico componente mobile del motore lineare. Su ciascuna estremità dello statore presenta una boccola in polimero resistente all'usura e non lubrificata. Per questo motivo i motori lineari di FAULHABER hanno una durata di vita estremamente lunga: a seconda del tipo di carico movimentato per l'applicazione, sono in grado di eseguire da diversi milioni a diverse centinaia di milioni di cicli.

In linea di principio, la struttura di un motore lineare è simile a quella di un motore brushless. Solo che in questo caso l'avvolgimento percorso da corrente e lo stelo a magneti permanenti (al posto del rotore) non sono disposti in cerchio bensì in linea retta.

Come nel caso del motore brushless, l'elettronica di controllo dirige il flusso di corrente attraverso i segmenti dell'avvolgimento per generare un campo magnetico mobile. Le forze di attrazione e repulsione di questo campo magnetico influenzano i poli magnetici dello stelo. In questo modo, trasmettono allo stelo lo spostamento del campo mobile e producono una coppia potente. Il modello più grande di tutti fornisce una forza continua di 9,2 N.

Tre sensori analogici ad effetto Hall rilevano la posizione dei magneti dello stelo. Sulla base di questi segnali, il controllo dei segmenti avviene tramite tre segnali sinusoidali sfasati di 120 gradi. Il segnale sinusoidale può essere suddiviso in un massimo di 4096 incrementi, consentendo un'elevata risoluzione e un posizionamento preciso.

La commutazione dei segmenti dell'avvolgimento è puramente elettronica. In combinazione con lo stelo libero di muoversi si ottengono accelerazioni estremamente rapide in entrambe le direzioni e cambi di direzione altrettanto veloci. I motori lineari di FAULHABER raggiungono velocità fino a 3,4 m/s.

I motori sono disponibili in quattro misure diverse, da 33 x 8 mm a 74 x 20 mm (L x P); con un'ampia scelta di lunghezze per lo stelo del movente. Per i prodotti standard la lunghezza della corsa può essere selezionata tra 15 e 220 mm. Su richiesta si possono realizzare modelli personalizzati.

I controlli di posizione di FAULHABER usano i segnali dei sensori ad effetto Hall integrati nei circuiti stampati dei motori lineari. Per altri controlli di posizione che richiedono segnali sin/cos, sono disponibili anche varianti di prodotto con circuiti stampati modificati di conseguenza.

I motori lineari trovano impiego soprattutto in quelle applicazioni in cui la dinamica di un motore rotativo non è sufficiente per raggiungere il movimento lineare veloce richiesto. Oltre alla dinamica incredibilmente elevata, la lunghissima durata di vita esente da manutenzione è un altro dei punti di forza dei motori lineari di FAULHABER. Laddove questi criteri sono di primaria importanza, solitamente il motore lineare rappresenta la soluzione migliore.

Un movimento lineare può essere generato anche mediante un motore rotativo. La sua forza di rotazione si traduce in azione lineare grazie a organi di trasmissione come cinghie, catene o viti filettate. In questo caso si parla di un attuatore lineare. Quando è richiesta una coppia molto elevata o una precisione altissima, gli attuatori lineari con riduttore o con azionamento diretto rappresentano delle possibili soluzioni di azionamento.