Attuatori Lineari Elettrici

Che cos'è un attuatore lineare?
L'attuatore lineare è una meccanica che, se applicata ad un motore rotativo, permette di trasformare il moto da rotativo a lineare.

Una molteplicità di modelli

Tra gli attuatori lineari troviamo diverse tipologie, i cui metodi costruttivi spaziano dai motori in corrente continua, con o senza spazzole, a motori a induzione e motori passo-passo, ciascuno adatto a diverse tipologie di applicazione in funzione delle diverse caratteristiche di moto e delle potenze impiegate. L’analisi delle esigenze applicative è la guida per la scelta più idonea del tipo di attuatore da impiegare, i mercati che ne richiedono l’uso spaziano dall’ Oil & Gas dove più che la precisione è necessario puntare sulla velocità e/o sulla forza, ed è richiesto l’impiego di un motore asincrono controllato in velocità o un motore sincrono controllato in posizione ad applicazioni medicali o robotiche che, spesso richiedono l’impiego attuatori lineari con motore passo-passo o con motore brushless retro azionato in posizione per garantire un posizionamento preciso. Ovviamente un dimensionamento calcolato e corretto del carico e il ciclo di funzionamento sono fondamentali per una applicazione di successo.

Captive, Non-Captive, External Linear

Uno degli elementi principali degli Attuatori Lineari è sicuramente la madrevite, sulla quale scorre una chiocciola alla quale, a sua volta, è fissato il carico, la classe della precisione richiesta e l’efficienza sono le variabili da considerare per la scelta della vite e della madre vite.

A seconda della modalità di integrazione si possono impiegare varie configurazioni (tipo di madrevite e, di chiocciola), si avranno diverse tipologie di attuatori:

External Linear (o External Shaft)

La configurazione con chiocciola esterna è la tipologia di attuatore lineare più "classica", grazie alla sua semplicità e compattezza unite ad un elevato grado di flessibilità in fase di progettazione. Nella configurazione con chiocciola esterna, l'albero del motore viene sostituito da una madrevite. In un'applicazione tipica, il motore viene montato  in posizione fissa e alla chiocciola viene agganciato il carico. Mentre la madrevite ruota, la chiocciola esterna viaggia longitudinalmente sulla vite restituendo un movimento lineare

Le svariate personalizzazioni della vite in lunghezza e passo rendono l'External Linear impiegabile in un vasto range di applicazioni. Numerose opzioni di montaggio, abbinate ai numerosi tipi di chiocciole disponibili, aiutano a personalizzare questo particolare attuatore lineare per adattarsi al meglio alla situazione specifica dell'utente. Inoltre, la configurazione della chiocciola esterna consente di ottenere accelerazioni e velocità maggiori rispetto ad altre configurazioni, offrendo al contempo una maggiore efficienza in termini di consumo energetico.

Ci sono alcune limitazioni da considerare che potrebbero rendere difficoltoso l'uso della chiocciola esterna in alcune applicazioni; ad esempio, in questa configurazione la lunghezza della madrevite è limitata. Se all'interno dell'applicazione la vite non viene supportata alle sue estremità, si corre il rischio di una flessione. Intuitivamente, più è lunga la vite, maggiore sarà la flessione. Inoltre, siccome la vite ruota, è possibile che si creino vibrazioni, soprattutto ad alte velocità. Vibrazioni eccessive possono ripercuotersi sulla precisione e rumorosità del sistema, oltre ad una riduzione del tempo di vita.

Anche la forza di picco che questa applicazione può gestire è limitata, il che significa che si dovrebbe considerare attentamente se questa forza è sufficiente prima di optare per questa configurazione.

Captive

Nel design degli attuatori lineari Captive la vite è integrata su un albero scanalato. L'albero è vincolato in rotazione da una scanalatura sulla parte frontale del motore. In questo modo si ottiene il movimento lineare senza la rotazione dell'albero/carico.
Questa scelta è particolarmente indicata per le applicazioni prive di meccaniche atte ad eliminare la rotazione. Le corse di lavoro sono relativamente limitate.

Non-Captive

Nella configurazione Non-Captive (non vincolata), la chiocciola è incorporata nel rotore del motore.
Mentre il rotore ruota, crea un movimento lineare facendo passare la madrevite attraverso l'albero. In questo caso, il carico può essere fissato in uno dei due modi seguenti: direttamente al motore, o alla madrevite. Man mano che il rotore ruota, muove il motore lungo la lunghezza della madrevite creando un moto lineare.
Poiché entrambi gli estremi della madrevite sono supportati, la lunghezza massima della madrevite può essere maggiore di quella di un attuatore con chiocciola esterna. Questa opzione viene solitamente impiegata in applicazioni che richiedono corse più lunghe. In aggiunta, questa configurazione è in grado di gestire forze di spinta superiori rispetto al design con chiocciola esterna. Un altro vantaggio da considerare è che il motore fornisce più massa e, quindi, questo si traduce in meno vibrazioni e di conseguenza in un movimento più silenzioso e preciso.
D'altra parte, lo svantaggio della tipologia Non-Captive è l'ingombro. Il motore ha tipicamente un diametro maggiore se comparato ad una soluzione vite più chiocciola, e poiché solitamente hanno bisogno di essere guidati, è necessario prevedere uno spazio aggiuntivo per ospitarle; queste guide tendono ad essere molto più lunghe se comparate alle altre configurazioni e devono viaggiare insieme al motore.

La massa del motore può inoltre limitare l'accelerazione e la velocità massima di funzionamento della vostra applicazione, e una certa efficienza energetica viene sacrificata perché è necessario spostare più massa.

Varietà di esigenze, varietà di prodotti

È proprio per venire incontro alle diverse esigenze applicative che Servotecnica offre una ampia gamma tecnologica nell'ambito dell'attuazione lineare.
Tra questi si possono citare le soluzioni DINGS' senza azionamento integrato in versioni captive, non captive ed external shaft (per carichi di qualche decina di kg, con velocità di 150 mm/s e corse sino a 450 mm); propone poi attuatori lineari elettrici Schneider e JVL in versione Nema 34 per soluzioni con elettronica integrata Nema14-17-23.

Per carichi pesanti, elevate velocità (fino a 1m/s) e corse fino a 1200 mm si possono usare gli attuatori lineari elettrici Exlar. Qui la scelta cade su varie soluzioni tra cui la GTX e la FT (per chi voglia usare la propria motorizzazione). Va citata inoltre la soluzione Exlar TDM-TDX che utilizza i bus di campo più noti (Profinet, EtherNet IP, CanOpen, EtherCAT).

Sempre per la movimentazione di carichi pesanti si possono usare gli azionamenti lineari AMK, nelle versioni SEZ e SKT, differenti per corse, spinte e velocità.