Engenheiros frequentemente enfrentam desafios ao incluir servomotores no design de uma nova máquina, como na escolha entre um motor convencional com carcaça (housed) ou sem carcaça (frameless). Vamos dar uma olhada nos componentes de um motor sem carcaça para analisar três considerações essenciais de design que indicariam se uma solução sem carcaça é a melhor para a sua máquina.
Um motor sem carcaça é basicamente o elemento ativo que produz o torque e a velocidade de um motor convencional, mas sem o eixo, os rolamentos, a carcaça, o feedback e os discos do mancal. O motor sem carcaça é constituído por duas partes: o rotor e o estator. Geralmente o rotor é a parte interna, que consiste em um conjunto de discos de aço rotativo com ímãs permanentes, montado diretamente no eixo da máquina. O estator é a parte externa, com laminações de aço dentadas e enrolamentos de cobre ao redor para criar as forças eletromagnéticas. O estator fica montado de forma compacta dentro da construção da carcaça da máquina.
Algumas perguntas essenciais que o engenheiro deve se fazer ao optar entre um motor com ou sem carcaça são: a máquina precisa ser menor? Há componentes mecânicos falíveis que precisam ser removidos? A máquina deve operar a uma taxa de produção mais alta? A máquina opera em ambientes rigorosos com temperaturas elevadas ou em condições cáusticas? Se a resposta for sim a qualquer uma dessas perguntas, deve-se usar uma abordagem de motor sem carcaça. As três considerações de design que indicam que a máquina precisa de um motor sem carcaça são:
1. A máquina precisa ter dimensões menores.
O tamanho da máquina pode ser uma vantagem, principalmente quando o espaço for crítico. Integrar um motor sem carcaça à estrutura da máquina é um excelente passo para otimizar o aproveitamento de espaço. Além de reduzir o espaço usado pelo motor, é possível economizar ainda mais espaço eliminando redutores ou correias e polias ao usar projetos sem carcaça adequados para aplicações Direct-Drive.
2. A máquina tem requisitos de desempenho exigentes.
A integração de elementos do motor sem carcaça na máquina aumenta o desempenho, eliminando folga na interação entre elementos mecânicos, como acoplamentos ou correias. Soluções de direct-drive proporcionam um desempenho mais robusto devido à mínimas folgas (backlash) no sistema. Cada conexão feita no sistema mecânico (incluindo acoplamentos, correias, engrenagens etc.) introduz instâncias de flexão e folga que reduzem a frequência de acomodação. A frequência de acomodação reduzida resulta em tempos de movimento e acomodação mais longos e menor produtividade. Os motores integrados também melhoram a resposta dinâmica e a eficiência do sistema, podendo simplificar a habilidade de adicionar arrefecimento líquido para aumentar significativamente o torque nominal disponível.
3. A máquina opera em condições ambientais rigorosas.
As máquinas que precisam operar em ambientes rigorosos podem se beneficiar de um design com motor integrado. As carcaças e gabinetes de uma máquina que já atende aos requisitos para tais ambientes podem ser utilizados para integrar um motor sem carcaça sem aumentos significativos de custo. Motores sem carcaça também permitem a liberdade de incorporar componentes do motor diretamente dentro dos elementos da máquina, garantindo que o ambiente não os afete de forma negativa. Condições ambientais rigorosas podem incluir lavagens da máquina de alta pressão com produtos químicos cáusticos (IP69K), ambientes com alta temperatura ou até mesmo com a presença de radiação, ou vácuo. Exemplos de aplicação incluem máquinas de processamento de alimentos, cujos equipamentos exigem lavagem rigorosa, ou atuadores de turbina a gás, ambiente de alta temperatura.
Em suma, os motores sem carcaça podem economizar espaço, reduzir a quantidade de peças e aumentar o desempenho do sistema. A redução de espaço pode diminuir as dimensões da máquina, economizando metros quadrados valiosos na planta. Reduzir componentes mecânicos naturalmente aumenta a confiabilidade geral da máquina. Melhorar o desempenho da máquina pode aumentar a produtividade da máquina, aumentando sua eficiência geral. Motores sem carcaça, como o Kollmorgen Série KBM, podem facilmente encarar esses três desafios que os projetistas de máquinas enfrentam.
A Kollmorgen oferece uma variedade de ferramentas de desenvolvimento, incluindo o Gerador de curva de desempenho de motores sem carcaça, para ajudar a dimensionar e escolher o motor sem carcaça certo. As ferramentas interativas fornecem entradas que permitem a otimização dos enrolamentos do motor com base em tensão, corrente e temperatura ambiente.
