Motores de transmisión directa: que ofrecen confiabilidad, precisión y rendimiento

Los motores de transmisión directa tienen una larga historia como tecnología que ha evolucionado y mejorado continuamente durante varias décadas. A pesar de la percepción de que ha llegado a sus límites, innovadores como ETEL evolucionan y mejoran continuamente el rendimiento y la eficiencia de sus productos de transmisión directa.

En este artículo, presentaremos la tecnología detrás de los motores de transmisión directa, exploraremos sus ventajas y analizaremos aplicaciones de ejemplo.

Los motores de accionamiento directo, ya sean motores de torsión lineales o rotativos, acoplan directamente la carga útil a la fuente de movimiento. Esto elimina la necesidad de elementos de transmisión mecánica como cajas de cambios, correas de distribución, reductores de velocidad y transmisiones por engranajes helicoidales. Como resultado, se pueden simplificar los diseños de las máquinas y se pueden lograr soluciones más compactas.

Los motores torque y los motores lineales pertenecen a una categoría distintiva de motores síncronos de imanes permanentes sin escobillas. Los motores lineales son un conjunto enrollado que se desplaza a lo largo de una pista recta de imanes permanentes. Al aprovechar la inducción electromagnética entre un conjunto de bobina (parte primaria) y un conjunto de imán permanente (parte secundaria), los motores lineales convierten de manera eficiente la energía eléctrica en energía mecánica lineal. Estos motores están diseñados para generar una fuerza sustancial a bajas velocidades o incluso en condiciones estacionarias.

Un motor de torsión puede verse como un servoaccionamiento tradicional con numerosos polos que se asemeja a un motor lineal en una configuración giratoria. El gran número de polos de los motores de torsión convencionales les permite alcanzar altos niveles de torsión a velocidades moderadas, incluso sin ningún movimiento. Además, su diseño compacto es un atributo atractivo, ya que incluye una pila de laminación delgada y un eje o orificio hueco de tamaño considerable.

Tanto los motores lineales como los motores de torsión entran en la categoría de motores "sin marco". Lo que esto significa es que estos motores no incorporan carcasa, cojinetes ni dispositivo de retroalimentación. Los fabricantes de máquinas tienen la flexibilidad de seleccionar y optimizar estos componentes en función del rendimiento requerido o adquirirlos como parte de una unidad preensamblada.

A diferencia de los motores rotativos con escobillas, los motores de accionamiento directo no tienen contacto entre el rotor y el estator. Esta ausencia de desgaste mecánico mejora significativamente la fiabilidad. La cantidad reducida de piezas mecánicas minimiza los requisitos de mantenimiento y reduce el costo general del sistema.

Los motores de transmisión directa ofrecen varias ventajas importantes sobre las soluciones de la competencia. En primer lugar, son más confiables, experimentan menos problemas y menos tiempo de inactividad en comparación con las alternativas que dependen de cajas de cambios o transmisiones por correa, que a menudo requieren lubricación y mantenimiento sustanciales.

Otra ventaja es la ausencia de juego o desajuste de inercia. En sistemas con múltiples engranajes, a menudo hay una ligera desconexión o retraso entre las partes interconectadas debido a los pequeños espacios entre los engranajes. Esto puede provocar una pérdida de precisión en el momento en que el movimiento se transmite de un extremo al otro. Los motores de accionamiento directo evitan este problema, mejorando la precisión y repetibilidad del movimiento del motor.

La confiabilidad superior, el tiempo de inactividad reducido, el mantenimiento simplificado y la precisión mejorada hacen de los motores de transmisión directa una opción atractiva para los ingenieros que buscan un rendimiento y una eficiencia óptimos en los diseños de sus máquinas.

La integración de un motor de accionamiento directo puede requerir un esfuerzo adicional durante la etapa inicial para quienes son nuevos en su uso, ya que es necesario un posicionamiento preciso del motor y la alineación de varios componentes. Además, se deben tomar precauciones debido a la presencia de fuertes imanes permanentes en el motor.

Sin embargo, el tiempo de configuración e integración se reduce constantemente a medida que el proceso se vuelve más reproducible con la experiencia adquirida por el personal del cliente. Los proveedores de motores de transmisión directa suelen ofrecer capacitación y altos niveles de soporte para guiar a sus clientes a través del proceso de instalación.

Los motores de transmisión directa suelen estar refrigerados por agua y el líquido fluye por su superficie exterior para disipar el calor. ETEL ha desarrollado lo que ha denominado un manguito “Close Cooling” que simplifica la instalación al servir como alojamiento para el agua, viniendo preinstalado el motor con tan solo una entrada y una salida para el flujo de líquido. Esto elimina la necesidad de que los clientes construyan su propia carcasa de refrigeración.

Si analizamos estos factores en conjunto, el costo total de propiedad (TCO) de los motores de transmisión directa es menor en comparación con las tecnologías de la competencia. Si bien puede haber algunos esfuerzos de integración adicionales involucrados desde el principio, la desventaja financiera se ve compensada por los menores costos de funcionamiento, la mayor vida útil y el menor mantenimiento de los motores de transmisión directa.

Los motores de accionamiento directo tienen aplicaciones en diversos escenarios industriales y de producción. ETEL atiende a muchos clientes de máquinas herramienta en industrias como rectificado de engranajes, fresado y mandrinado, entre otras. En estos escenarios, donde es necesario mover o girar piezas de trabajo pesadas mientras se cortan, el motor debe ofrecer un par elevado manteniendo una precisión excelente.

La fabricación de semiconductores es otra aplicación exigente que requiere motores con alta precisión, la capacidad de lograr una aceleración rápida y un posicionamiento preciso y repetible para movimientos súper rápidos. La industria de los semiconductores también mantiene estrictos estándares de calidad, lo que requiere un funcionamiento constante y sin errores.

De manera más general, en múltiples industrias, los motores lineales de ETEL se han utilizado en algunas de las primeras máquinas de medición coordinada (MMC) que utilizan accionamientos directos. Las CMM mueven una sonda de medición en un plano XYZ para tomar mediciones en una pieza de la máquina y el uso de motores lineales les permite mantener los niveles submicrométricos adecuados de precisión necesarios, al tiempo que permite un aumento en el rendimiento debido a la reducción del tiempo de inactividad. Para las CMM, el aspecto más valioso de los motores lineales de accionamiento directo es su capacidad para proporcionar la precisión necesaria sin ningún componente de desgaste. A diferencia de las máquinas convencionales basadas en correas y poleas, las máquinas CMM funcionan al máximo rendimiento durante muchos años.

En otro ámbito, ETEL presta servicios a Tarus, un cliente desde hace mucho tiempo especializado en el desarrollo de fresadoras de arcilla para la industria del automóvil. Estas fresadoras CNC de 5 ejes permiten a los diseñadores crear modelos de vehículos tallando grandes bloques de arcilla con una precisión excepcional, posible gracias a los motores de accionamiento directo ETEL.

GreenPowerUSA (GPUSA), un cliente único, emplea motores de accionamiento directo de ETEL en el desarrollo de fuentes sísmicas autónomas de bajo costo. Estas fuentes generan vibraciones de baja frecuencia transmitidas bajo tierra. Con receptores apropiados para detectar las vibraciones, se puede determinar la composición de las rocas intermedias, una tarea esencial en el monitoreo de yacimientos de petróleo y gas y en aplicaciones de almacenamiento subterráneo de CO 2.

Por último, un ejemplo de aplicación excepcional es el del avión Solar Impulse 2, que se convirtió en el primer avión en volar alrededor del mundo basándose únicamente en energía solar. A lo largo de su viaje de 35.000 km y 500 horas de vuelo, el avión requirió una relación óptima entre rendimiento y peso, lo que requirió componentes livianos. ETEL aportó su experiencia en tecnología de transmisión directa para desarrollar un motor con una eficiencia superior al 95 por ciento. Aunque ligeramente modificado para condiciones ambientales extremas, el motor se basó en la tecnología estándar de ETEL.

Al seleccionar un motor de transmisión directa, es importante considerar si el proveedor se especializa en esta área o lo ofrece como uno de muchos productos. Las grandes empresas que venden accionamientos y controladores suelen ofrecer también motores. Sin embargo, aceptar motores incluidos de dichas empresas puede impedir que los clientes obtengan la mejor solución para sus aplicaciones específicas.

Los proveedores de motores especializados, como ETEL, invierten años en perfeccionar sus motores de transmisión directa. Por ejemplo, ETEL optimiza la disposición de las bobinas dentro del motor, aumentando la salida de par para el mismo tamaño físico al empaquetar las bobinas de manera más densa.

Otro problema común que afecta a muchos motores es el engranaje, que provoca ligeras ondulaciones durante la rotación en lugar de un movimiento suave. Este fenómeno surge debido a la atracción magnética natural entre los imanes y el rotor exterior. Al diseñar cuidadosamente el motor y optimizar las comunicaciones con su controlador, se puede minimizar el engranaje.

Los motores de transmisión directa ofrecen soluciones confiables y de bajo mantenimiento para diversas aplicaciones en máquinas herramienta y otras industrias. Ofrecen la precisión necesaria en industrias como la fabricación de semiconductores y, al mismo tiempo, mantienen bajo el coste total de propiedad.

Este artículo fue escrito por Brian Zlororzycki, especialista en productos para componentes ETEL en HEIDENHAIN (Schaumburg, IL). Para mas informacion, visite aqui .

Este artículo apareció por primera vez en la edición de agosto de 2023 de la revista Motion Design.

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