{"id":12013,"date":"2023-12-15T09:35:00","date_gmt":"2023-12-15T09:35:00","guid":{"rendered":"https:\/\/servotecnica.com\/la-tecnologia-ad-azionamento-diretto\/"},"modified":"2024-02-26T10:17:15","modified_gmt":"2024-02-26T10:17:15","slug":"la-tecnologia-ad-azionamento-diretto","status":"publish","type":"post","link":"https:\/\/servotecnica.com\/it\/la-tecnologia-ad-azionamento-diretto\/","title":{"rendered":"La tecnologia ad azionamento diretto"},"content":{"rendered":"\n

Un modo perfetto per migliorare produttivit\u00e0, precisione e prestazioni dinamiche<\/p>\n\n

Forza e accuratezza per le macchine utensili grazie sistemi di azionamento completi con motori lineari o torque ed encoder assoluti.<\/em><\/p>\n\n

di Sofia Rossi<\/p>\n\n

Con oltre 40 anni di esperienza nell\u2019automazione industriale, Servotecnica \u00e8 uno dei principali fornitori al mondo di soluzioni meccatroniche e componenti elettromeccanici su misura per svariati settori industriali. In particolare, per i costruttori di macchine utensili l\u2019offerta tecnologica di Servotecnica si avvale della combinazione tra i motori direct drive dell\u2019olandese Tecnotion<\/a> e gli encoder assoluti dell\u2019austriaca Flux. Il punto di forza dell\u2019azienda \u00e8 la combinazione di tecnologie innovative con l\u2019esperienza e la competenza dei propri tecnici. Ne parliamo con Massimo Redaelli, technical director Servotecnica.<\/p>\n\n

Motori direct drive: cosa sono e come funzionano<\/strong><\/h2>\n\n

I motori direct-drive di Tecnotion, proposti in Italia da Servotecnica, come indica la parola stessa, sono motori che permettono l\u2019accoppiamento diretto al carico, senza bisogno di alcun elemento intermedio tra l\u2019organo che deve trasmettere il moto, il motore, e ci\u00f2 che deve essere movimentato, ovvero il carico. \u201cNella meccanica tradizionale, solitamente per generare un movimento lineare, viene utilizzato un motore rotativo che, per mezzo di una catena cinematica, costituita da una cinghia, un pignone a cremagliera oppure una vite senza fine, trasforma il movimento da rotativo a lineare. In genere, viene inserito anche un riduttore per ottimizzare i rapporti di inerzia tra il carico e il motore e per far lavorare il motore il pi\u00f9 possibile vicino al suo punto di funzionamento nominale. Nei motori direct-drive, invece, per generare un moto lineare si utilizzano delle bobine che, opportunamente alimentate dai classici inverter, azionamenti elettrici o convertitori di potenza, e quindi attraversate da una corrente alternata trifase, generano un campo elettromagnetico \u201ctraslante\u201d (oppure \u201crotante\u201d nel caso dei motori rotativi), cio\u00e8 una sorta di onda elettromagnetica su cui il motore \u201csurfa\u201d generando il moto rettilineo\u201d, spiega Massimo Redaelli, technical director Servotecnica. \u201cPerci\u00f2, i motori lineari possono essere pensati come motori con un funzionamento analogo a quelli rotativi, ma srotolati e disposti su un piano\u201d, precisa.<\/p>\n\n

In effetti, il rotore con i magneti permanenti diventa la parte fissa del motore lineare, mentre lo statore (con gli avvolgimenti delle bobine) costituisce la parte mobile. Nel dettaglio, questa configurazione pu\u00f2 essere visualizzata come una sorta di \u201ccremagliera\u201d elettromagnetica, dove il pignone rappresenta il campo magnetico rotante, mentre l\u2019ingranaggio dentato rappresenta i magneti permanenti statici: le forze di attrazione e repulsione che si producono tra le bobine e la traccia di magneti permanenti permettono di convertire l\u2019energia elettrica in energia meccanica lineare con un elevato grado di efficienza, creando il moto necessario. La velocit\u00e0 del cambiamento di corrente determina la velocit\u00e0 del moto, mentre l\u2019amperaggio della corrente determina la forza generata. Questo principio di azionamento diretto, quindi, si basa sull\u2019utilizzo di una forza magnetica che muove un gruppo di bobine lungo una traccia di magneti permanenti.<\/p>\n\n

I vantaggi dei motori diretti<\/strong><\/h2>\n\n

Uno dei vantaggi principali dei motori diretti, sia lineari che rotativi (motori torque) \u00e8 l\u2019eliminazione dei cosiddetti componenti \u201celastici\u201d della trasmissione, come i riduttori e gli accoppiamenti, che possono creare problemi di gioco e di risonanza. \u201cDi conseguenza, la larghezza di banda, che in gergo tecnico viene definita \u201cbanda passante\u201d, e la rigidit\u00e0 del sistema di movimentazione possono essere molto pi\u00f9 elevate rispetto ad un motore tradizionale, a garanzia di una maggiore precisione, una dinamica superiore e una migliore ripetibilit\u00e0 e accuratezza nel posizionamento\u201d, afferma Redaelli. In assenza di parti meccaniche aggiuntive soggette ad usura meccanica, il controllo del movimento pu\u00f2 essere reso molto pi\u00f9 stabile nel tempo. Quindi, senza usura meccanica, gli utenti delle macchine godono di un\u2019affidabilit\u00e0 e di una durata esemplari. Anche il TCO (costo totale di propriet\u00e0) si riduce rispetto alle soluzioni tradizionali. In aggiunta, la mancanza di elementi meccanici che comportano inevitabilmente degli attriti responsabili di perdite, si traduce anche in una maggiore efficienza energetica.<\/p>\n\n

\u201cUn altro vantaggio significativo \u00e8 che non avendo pi\u00f9 cinematismi di conversione intermedi, come viti a ricircolo di sfere, cinghie e pulegge, riduttori o sistemi a cremagliera, che sono necessari nei motori tradizionali per convertire il moto rotatorio in moto lineare, i motori direct-drive offrono un\u2019efficienza e un\u2019accuratezza posizionale molto superiori, anche a velocit\u00e0 elevate, consentendo al contempo un movimento estremamente fluido in tutto il campo operativo del motore.<\/p>\n\n

Un altro importante aspetto da considerare \u00e8 lo spazio. Il fatto che la parte mobile di un motore lineare sia accoppiata direttamente al carico riduce l\u2019ingombro e semplifica la configurazione della macchina, il che rappresenta un notevole vantaggio sia per i progettisti che per gli utilizzatori del sistema. Tutti questi vantaggi rendono i motori lineari Tecnotion molto interessanti per il settore delle macchine utensili\u201d, precisa Redaelli.<\/p>\n\n

Le peculiarit\u00e0 dei motori iron-core e iron-less<\/strong><\/h2>\n\n

Uno degli svantaggi dei motori iron-core a magneti permanenti, maggiormente utilizzati in ambito industriale perch\u00e9 permettono di esprimere la maggiore potenza (forza di spinta) per unit\u00e0 di volume, \u00e8 il cogging, una forza parassita prodotta dalla generazione (da parte dei magneti permanenti) di una forza di attrazione fluttuante che attira i materiali magnetici, come il ferro. \u201cQuesta forza, che deriva proprio dalla forma costruttiva di questi motori, a causa della presenza dei \u201cdenti\u201d di materiale ferromagnetico nella struttura contenente gli avvolgimenti (primario), compromette la fluidit\u00e0 di movimento di ogni motore iron-core\u201d, spiega Redaelli. \u201cCiascun dente, infatti, muovendosi affacciato alla piastra magnetica (secondario), ha delle posizioni preferenziali che si trovano in corrispondenza di ogni magnete. In queste posizioni il dente – che, ricordiamolo, \u00e8 di ferro – \u00e8 attratto dal magnete e si trova in condizione di equilibrio stabile, in corrispondenza dell\u2019asse polare. Durante il movimento lungo la piastra magnetica si passer\u00e0 da una posizione di equilibrio stabile alla successiva, attraversando la posizione instabile, corrispondente all\u2019asse interpolare. Questo causa dei \u201csobbalzi\u201d indesiderati durante il movimento\u201d, continua Redaelli.<\/p>\n\n

Per limitare il ripple di velocit\u00e0 introdotto dal cogging \u00e8 fondamentale utilizzare un motore che sia stato progettato per avere un cogging ridotto. Tra i possibili accorgimenti per la riduzione del cogging, la peculiarit\u00e0 distintiva dei motori direct-drive di Tecnotion, proposti in Italia da Servotecnica, risiede nell\u2019unicit\u00e0 del progetto elettromagnetico del motore.<\/p>\n\n

\u201cLa soluzione di Tecnotion \u2013 precisa Redaelli – \u00e8 quella di inclinare leggermente i magneti rispetto alla direzione di moto, in modo da aumentare, in modo pi\u00f9 graduale rispetto alla conformazione a denti dritti, l\u2019area di affaccio tra dente e magnete, quando ciascun dente passa sopra a ciascun magnete. \u00c8 quello che succede ad esempio quando si prende un dosso con una macchina: se lo si prende ortogonalmente l\u2019impatto col dosso \u00e8 notevole, se si inclina leggermente la direzione di ingresso l\u2019impatto \u00e8 minore. L\u2019effetto dell\u2019inclinazione dei magneti agisce in favore di una riduzione del cogging\u201d.<\/p>\n\n

Un secondo accorgimento consiste in un attento dimensionamento dei gioghi, in particolare quelli di richiusura all\u2019inizio e alla fine, che sono regolabili e influenzano il cogging, in funzione di una minimizzazione del fenomeno.\u00a0<\/p>\n\n

La speciale tecnologia degli avvolgimenti bobina consente di ottenere una bobina che, a parit\u00e0 di corrente, sviluppa un flusso molto maggiore rispetto alle altre bobine sul mercato, estremamente ripetibile e ben collimato, ovvero con linee di flusso perfettamente parallele.<\/p>\n\n

\u201cIl fatto di avere una bobina \u2018forte\u2019 nel primario del motore ha permesso a Tecnotion di utilizzare magneti pi\u00f9 piccoli nella parte secondaria – spiega Redaelli. Questa scelta porta con s\u00e9 il vantaggio di avere passi magnetici ridotti rispetto a quelli della concorrenza, che rendono i motori Tecnotion molto interessanti per il settore delle macchine utensili\u201d.<\/p>\n\n

Avere magneti pi\u00f9 piccoli permette infatti di ridurre non solo la forza di attrazione, anche della met\u00e0, il che diminuisce l\u2019attrito sulle guide e il cogging, ma anche la sezione del ferro della guida magnetica del motore (Back Iron), che essendo pi\u00f9 sottile risulta anche pi\u00f9 leggera, in media del 30%. Questo comporta un notevole risparmio nei costi, oltre a una riduzione della taglia dei motori che \u00e8 possibile impiegare in macchine a portale per taglio laser.<\/p>\n\n

La gamma dei motori direct-drive Tecnotion include anche versioni ironless, per applicazioni con dinamiche molto spinte. Questo tipo di motori sono generalmente da preferirsi nelle applicazioni con un carico utile leggero che necessitano di movimentazioni estremamente accurate o di un\u2019accelerazione molto elevata.<\/p>\n\n

Nei motori ironless, in cui non c\u2019\u00e8 forza di attrazione n\u00e9 cogging tra il gruppo delle bobine e la traccia dei magneti per l\u2019assenza di ferro, intervengono altri aspetti costruttivi legati agli aspetti termici: la pi\u00f9 alta resistenza termica rispetto ai \u201cfratelli\u201d ironcore comporta un pi\u00f9 difficile smaltimento del calore e una spinta continuativa pi\u00f9 bassa.<\/p>\n\n

Accuratezza nel controllo degli assi e del funzionamento del motore<\/strong><\/h2>\n\n

Affinch\u00e8 un motore diretto, lineare o torque, possa offrire un funzionamento altamente prestazionale, affidabile e durevole, \u00e8 necessario utilizzare encoder, lineari o rotativi, e azionamenti che garantiscano le stesse caratteristiche.<\/p>\n\n

Per quanto riguarda gli encoder, la proposta di Servotecnica guarda all\u2019azienda austriaca Flux che, forte di oltre 40 anni di esperienza nel campo dei sistemi encoder, nel 2017, ha introdotto sul mercato un prodotto innovativo nel campo dei trasduttori basato sulla tecnologia Giant Magneto Impedance (GMI). Si tratta di trasduttori GMI, che si collocano a met\u00e0 strada tra quelli magnetici e quelli induttivi, unendo i pregi dell\u2019una e dell\u2019altra tipologia; superano, infatti, i limiti delle tecnologie puramente magnetiche, essendo esenti dagli effetti di isteresi, e consentono di ottenere accuratezze molto simili a quelle degli encoder ottici. Rispetto a quest\u2019ultimi, tuttavia, sono pi\u00f9 robusti e semplici da installare, essendo per loro natura immuni dalle contaminazioni presenti negli ambienti produttivi delle macchine utensili e non richiedendo di essere protetti e incapsulati, con una serie di accorgimenti in termini di pulizia, pressurizzazione e filtrazione dell\u2019aria che ne complicano l\u2019utilizzo, come avviene per quelli ottici.<\/p>\n\n

Per le macchine utensili, la gamma di trasduttori Flux \u00e8 studiata per garantire massima fluidit\u00e0 di moto nel controllo del movimento degli assi sulle macchine.<\/p>\n\n

Anche l\u2019azionamento ha un ruolo fondamentale. Nell\u2019ambiente industriale, per garantire prestazioni elevate e un\u2019alta efficienza energetica \u00e8 necessario utilizzare azionamenti ad alte prestazioni, caratterizzati da determinati requisiti in termini di frequenza di campionamento degli anelli di corrente e di velocit\u00e0 di elaborazione dei dati. Tutt\u2019e tre gli elementi – motore diretto, azionamenti ed encoder – contribuiscono ad una qualit\u00e0 di moto superiore rispetto ad altri sistemi di movimentazione e cinematismi.<\/p>\n\n

Progetti su misura, supporto tecnico e assistenza post-vendita<\/strong><\/h2>\n\n

Con oltre 40 anni di esperienza nel mercato dell\u2019automazione industriale, il team di Servotecnica \u00e8 in grado di offrire un supporto altamente qualificato in termini di consulenza nella scelta del prodotto e della tecnologia migliore per la specifica applicazione, in funzione delle esigenze delle macchine e del cliente, e nella gestione dei progetti di integrazione del motore all\u2019interno della macchina, lavorando in partnership con i costruttori e fornendo indicazioni in merito alle lavorazioni meccaniche, al dimensionamento e fissaggio del motore, alle tipologie di montaggio e alle tolleranze meccaniche, al fine di garantire le massime prestazioni in termini di potenza, precisione, ripetibilit\u00e0 e accuratezza di posizionamento.<\/p>\n\n

\u201cIl know-how dei nostri ingegneri applicativi \u00e8 a disposizione durante l\u2019intero processo di selezione, progettazione e sviluppo dei prodotti giusti per l\u2019applicazione del cliente. L\u2019azienda offre anche un servizio di co-progettazione. \u00c8 capitato che il cliente ci abbia commissionato delle parti di macchina, che prevedevano la fornitura del motore torque gi\u00e0 integrato in una parte meccanica, provvista di freno, riduttore, encoder, tutto in un unico blocco da montare come un classico motore composto da flangia e albero. Alla vendita di un motore, inoltre, \u00e8 spesso associata anche quella relativa alla parte di controllo: in questo caso, il nostro contributo riguarda la messa in servizio, l\u2019assistenza tecnica post-vendita e il customer care, piuttosto che il supporto alla programmazione della macchina\u201d, afferma Redaelli.\u00a0<\/p>\n\n

Al supporto e alla fornitura di componenti elettromeccanici di altissima qualit\u00e0, si affiancano, inoltre, un servizio di riparazioni e test di qualit\u00e0, comprensivo di certificazioni per mercati specifici per adeguarsi agli standard industriali, rilasciate a seguito di rigorosi test di qualit\u00e0, e servizi logistici avanzati end-to-end, con oltre 3.000 prodotti a magazzino, per supportare le esigenze speciali dei clienti, consegnando ogni singolo componente nel modo migliore, con rapidit\u00e0 e imballaggi specializzati.<\/p>\n\n