O caso para motores de torque de eixo oco

O projetista de máquinas de hoje deve avaliar mais fatores do que nunca ao abordar um novo projeto. Da mesma forma, o integrador e o engenheiro de retrofit expandiram as opções, não apenas como resultado de novas tecnologias, mas também por causa de áreas críticas de foco, como consumo reduzido de energia, tempo de montagem mais rápido, redução do fornecedor e menor pegada.

No domínio do controle de movimento, um tipo de motor com um histórico relativamente curto fez avanços significativos que exigem um novo olhar sobre seu potencial em muitas áreas de aplicação. Essas aplicações variam de mesas rotativas de máquinas-ferramenta a várias embalagens, impressão, conversão, extrusão, fabricação de papel, filme plástico e maquinário de manuseio de materiais, qualquer direção deve ser invertida com um alto grau de precisão, sem folga (histerese) e a manutenção do movimento controle, contrastando o desacoplamento necessário de um motor convencional e caixa de engrenagens.

Insira o ímã permanente freqüentemente esquecido, o motor de torque síncrono.

Os motores de torque são acionamentos diretos construídos para eixos rotativos onde alto torque e alta precisão são necessários em velocidades relativamente baixas. Com tempo de instalação, requisitos de manutenção, número de peças de componentes e espaço disponível significativamente mais baixos, esses tipos de motores são freqüentemente alternativas viáveis ​​aos motores com engrenagens.

Duas variedades populares de motores de torque existem hoje. Eles são o motor de torque completo, exigindo apenas montagem direta do flange na máquina e conexão do rotor ao eixo da máquina, e o motor de torque embutido, onde o estator e o rotor são fornecidos como componentes individuais que são integrados diretamente no mecânica da máquina.

Motores de torque completos são frequentemente encontrados em acionamentos principais da extrusora, cabeçotes de alimentação em máquinas de moldagem por injeção, acionamentos de rolos em máquinas de fabricação de papel, dispositivos de trefilação, alongamento de teia de máquina têxtil e bobinadeiras / cortadores transversais em embalagens equipamento.

Os motores de torque integrados são normalmente usados ​​em mesas rotativas de máquinas-ferramenta, eixos giratórios, torres de ferramentas dinâmicas e fusos de torneamento, bem como cilindros de prensa de impressão, rolos de resfriamento em filme fundido e máquinas de alongamento de folha, tabelas de indexação em prensas de moldagem de metal e todos os outros tipos de aplicações de controle de velocidade e caminho de alta dinâmica e alta precisão.

Ambos os tipos de motores de torque apresentam um eixo oco, que permite que os meios ou componentes mecânicos sejam guiados através da cavidade do rotor.

Os motores de torque são motores síncronos de polo múltiplo, semelhantes em operação aos servo motores síncronos rotativos. O rotor é equipado com ímãs permanentes, enquanto o estator contém os enrolamentos do motor. O alto número de pares de pólos leva a um projeto que gera alto torque máximo em baixas velocidades. No passado, uma vez que as perdas por correntes parasitas aumentam com o número de pares de pólos e a velocidade de funcionamento do motor, os motores de torque eram considerados aplicáveis ​​apenas em velocidades relativamente baixas. Novos designs refrigerados a água contrabalançaram esse princípio, permitindo uma alta densidade de potência. Os motores de torque de hoje podem acomodar velocidades de 1000 rpm ou mais.

Como resultado desses projetos de pares de pólos mais altos e porque muitos componentes de transmissão de energia mecânica que geram folga, calor, fricção e ruído são eliminados, os motores de torque oferecem estes benefícios aos projetistas:

• pegada pequena devido à alta densidade de torque;
• excelente precisão rotacional e repetibilidade devido ao controle direto de carga;
• projetos de máquinas que economizam espaço, devido à eliminação de unidades de engrenagens e transmissões por correia;
• baixa manutenção, resultado direto de ter menos peças mecânicas no trem de força; e,
• alta eficiência energética porque as perdas mecânicas no trem de força são eliminadas.

Embora sejam mais caros do que os motoredutores, atualmente estima-se que os motores de torque ofereçam ao projetista um retorno de três a quatro anos apenas em economia de energia, o que não inclui o aumento imediato de desempenho e economia de custo inicial, tanto na instalação quanto na manutenção. A redução óbvia do fornecedor e as vantagens de estoque também são obtidas com o uso desses motores.

Em uma linha de filme soprado multicamada típica, por exemplo, o uso de motores de torque pode reduzir a pegada da seção de extrusão pela metade e o espaço de produção consumido diminui em conformidade, levando a um aumento nas taxas de produção por pé quadrado.

Os motores de torque também foram considerados suscetíveis a contaminação química e atmosférica, mas novos projetos foram adaptados para resistir a ambientes corrosivos, como capô seco de fábrica de papel e, sendo resfriados a água, apresentam desempenho satisfatório em muitos ambientes hostis, sem calor dano. Os gabinetes estão disponíveis até uma classificação IP54 com capacidade de sobrecarga de até 2,5 vezes o torque nominal.

Os motores de torque reduzem as perdas de eficiência mecânica a um mínimo absoluto porque eliminam a transmissão mecânica no trem de força. Em comparação com soluções de motoredutor, o ganho de eficiência está normalmente na faixa de 10 por cento, enquanto o ganho é mais próximo de 70 por cento quando os motores hidráulicos são substituídos em aplicações como máquinas de moldagem por injeção. Além disso, devido ao controle direto e constante do eixo de carga em motores de torque, sem folga ou desacoplamento ocorrendo, uma precisão significativamente maior no movimento é alcançada, o que não é possível em uma solução engrenada ou acionada por correia.

Por exemplo, na produção de filme esticado, a aplicação de motores de torque em rolos de resfriamento, rolos de tração, rolos de estiramento e enroladores resultou em uma melhoria dramática na qualidade da produção. O controle de velocidade mais preciso dos rolos acionados diretamente resulta em inicializações mais rápidas durante a troca de um produto de filme para outro, porque a probabilidade de rachaduras na teia é minimizada. Além disso, a maior precisão de controle permite a produção de um filme mais fino que é 10 vezes mais consistente em sua espessura. Da mesma forma, a configuração de transmissão rígida obtida com motores de torque permite aceleração mais rápida para cima e para baixo em aplicações cíclicas, levando a ciclos mais curtos e maior produção de produto no mesmo período de tempo. Em muitas aplicações com tempos cíclicos muito curtos, como tabelas de indexação ou máquinas de moldagem por injeção, a mudança de acionamentos convencionais para soluções de acionamento direto resultou em aumentos de produção de 25 a 30 por cento normalmente. Esses resultados indicam que uma contagem mais baixa de componentes agora significa um custo de ciclo de vida do produto menor, bem como taxas de falhas potenciais reduzidas em campo.

Outros recursos dos motores de torque atuais que os tornam mais atraentes para o projetista da máquina incluem:

• valor absoluto ou codificadores ou resolvedores incrementais para controle de movimento
  aprimorado
• placa de identificação eletrônica para comissionamento mais rápido
• opções de montagem horizontal ou vertical
• opções de rolamentos para aplicações de impulso axial
• resistores PTC em cada fase, além de termistores KTY padrão para monitoramento de temperatura ideal

A ciência emergente da mecatrônica também é crítica para acionamentos diretos, como torque e motores lineares no processo de integração, porque os protocolos de controle da máquina eletrônica são cruciais no monitoramento e execução dos movimentos eletromecânicos. Um conhecimento profundo de três disciplinas (engenharia mecânica, elétrica e eletrônica) é fundamental para determinar a unidade adequada para a carga. A mecatrônica aborda tópicos para o fabricante da máquina, como localização adequada do codificador, cálculos de reação versus força dinâmica e a melhor forma de integrar mecanicamente um acionamento direto de alta dinâmica à máquina.

Além disso, por meio de várias técnicas avançadas de simulação computadorizada, o desempenho da mecatrônica pode ser validado e a solução de problemas no projeto pode ser realizada antes que a primeira máquina seja construída. Mesmo no campo, antes e depois de um retrofit ou reconstrução, os serviços mecatrônicos atualmente disponíveis podem ser usados ​​para determinação da aplicação do produto, análise de desempenho total e compatibilidade de controles. Embora o desempenho de um novo motor ou inversor possa ser considerado satisfatório pela análise mecatrônica, outros componentes mecânicos, elétricos ou eletrônicos podem ser considerados insuficientes. É precisamente essa abordagem abrangente e integrada que está ganhando rapidamente a mecatrônica seu lugar no esquema geral de desenvolvimento e utilização de máquinas.

Em conclusão, com a ênfase de hoje na contenção de custos, eficiência energética e maior produtividade em cada tipo de projeto de máquina, é imperativo que todas as opções viáveis ​​sejam exploradas. Ao projetar o trem de força em muitas máquinas, as vantagens dos motores de torque descritas neste documento terão um impacto positivo nos resultados gerais do projeto. Os motores de torque podem oferecer grande flexibilidade em aplicações de design, retrofit e reconstrução, além de terem recursos expandidos que fazem lobby para sua implementação em mais tipos de máquinas.

Para mais informações sobre motores de torque, entre em contato com a Siemens Industry Inc., Drive Technologies - Motion Control, via telefone (847-640-1595), e-mail [email protected] ou Web (www.usa.siemens.com /controle de movimento).

Quatro fotos acima:Os motores de torque de eixo oco oferecem várias opções de integração de design, juntamente com recursos de desempenho avançados para maior eficiência energética, redução substancial de componentes e pegadas significativamente menores nos trens de força das máquinas atuais.

Quatro fotos abaixo:As aplicações típicas para os motores de torque avançados de hoje incluem a) máquinas de fundição de filme plástico, b) prensas de impressão, c) equipamento de conversão ed) mesas rotativas de máquinas-ferramenta.