Spesso i tecnici si trovano di fronte a problemi di vario genere quando devono integrare i servomotori in una nuova macchina, ad esempio quando si tratta di scegliere tra un motore convenzionale con alloggiamento o un modello frameless. Diamo un'occhiata ai componenti di un motore frameless e analizziamo tre aspetti fondamentali a livello di progettazione che indicherebbero che una soluzione frameless è la scelta migliore per una determinata macchina.
Un motore frameless è l'elemento che produce coppia e velocità in un motore convenzionale senza l'albero, i cuscinetti, la retroazione, l'alloggiamento o i terminali a campana. Il motore frameless è composto da due parti: il rotore e lo statore. Il rotore è di solito la parte interna che consiste in una ciambella d'acciaio rotante con magneti permanenti e che si monta direttamente sull'albero della macchina. Lo statore, ovvero la parte esterna, contiene laminazioni di acciaio dentate con avvolgimenti in rame che creano le forze elettromagnetiche. Lo statore viene montato in modo compatto all'interno dell'alloggiamento della macchina.
Alcune domande che un tecnico dovrebbe porsi quando si trova di fronte alla scelta tra un motore con alloggiamento e uno frameless sono: la macchina deve essere più piccola? Si devono rimuovere i componenti meccanici inaffidabili? La macchina dovrebbe operare con una produttività più elevata? La macchina opera in un ambiente difficile con temperature elevate o in ambienti caustici? Se si risponde affermativamente a una qualsiasi di queste domande, la scelta dovrà ricadere su un motore frameless. I tre aspetti legati alla progettazione che indicano che una macchina ha bisogno di un motore frameless sono:
1. La macchina necessita di un ingombro ridotto.
Le dimensioni della macchina possono rappresentare un vantaggio, soprattutto quando lo spazio disponibile è un fattore critico. L'integrazione di un motore frameless nella struttura di una macchina è un passaggio essenziale per migliorare lo sfruttamento dello spazio. Oltre a ridurre al minimo lo spazio utilizzato dal motore, si può risparmiare altro spazio eliminando riduttori o cinghie e pulegge se si sfruttano i benefici dei design frameless adatti alle applicazioni ad azionamento diretto.
2. Le prestazioni della macchina devono essere aumentate.
L'integrazione di elementi di un motore frameless nella macchina aumenta le prestazioni grazie all'eliminazione di elementi meccanici cedevoli quali accoppiamenti o cinghie. Le soluzioni ad azionamento diretto garantiscono prestazioni più robuste grazie alla minima cedevolezza presente nel sistema. Ciascun collegamento all'interno di un sistema meccanico (ad es. accoppiamenti, cinghie, ingranaggi, ecc.) rappresenta un elemento di cedevolezza che riduce la larghezza di banda del sistema stesso. Una larghezza di banda ridotta prolunga i tempi di spostamento e assestamento e abbatte la produttività. I motori integrati migliorano inoltre la risposta dinamica e l'efficienza del sistema e sono in grado di semplificare la possibilità di aggiungere il raffreddamento a liquido per incrementare in maniera sostanziale la coppia continua disponibile.
3. La macchina opera in condizioni ambientali rigorose.
Le macchine che devono operare in ambienti rigorosi possono trarre vantaggio dai motori integrati. Gli alloggiamenti e gli involucri adatti a questi ambienti possono essere utilizzati per integrare un motore frameless senza costi significativi. I motori frameless consentono anche di integrare i componenti direttamente negli elementi della macchina per escludere effetti negativi dovuti all'ambiente. Le condizioni ambientali rigorose includono lavaggi ad alta pressione con agenti chimici caustici (IP69K), temperature ambiente elevate o anche ambienti soggetti a radiazioni o vuoto. Esempi di applicazioni includono macchinari per la trasformazione dei prodotti alimentari dove le apparecchiature richiedono lavaggi rigorosi o attuatori per turbine a gas con temperature ambiente elevate.
In sintesi, i motori frameless permettono di risparmiare spazio, ridurre il numero di pezzi e potenziare le prestazioni del sistema. Gli spazi più contenuti possono significare ingombri ridotti per le macchine e quindi una minor occupazione degli stabilimenti. Il minor numero di componenti meccanici aumenta naturalmente l'affidabilità globale delle macchine. Il potenziamento delle prestazioni può incrementare la produttività e aumentare l'efficienza globale delle macchine. I motori frameless, come la serie KBM di Kollmorgen, permettono di affrontare con facilità queste tre sfide di fronte a cui si trovano i progettisti di macchinari.
Kollmorgen offre svariati strumenti di progettazione, tra cui il generatore di curve di prestazioni per motori frameless, per assistenza nel dimensionamento e nella selezione del motore frameless giusto. Gli strumenti interattivi contengono i dati necessari per ottimizzare gli avvolgimenti del motore in base alla tensione, alla corrente e alle temperature ambiente disponibili.
