¡Hola, mecatrónicos!

Bienvenidos a una nueva entrega del blog de Sinadrives.

Julio 2022

Cuando comparamos las transmisiones lineales clásicas (correa, husillo, etc.) con un eje con motor lineal las ventajas saltan a la vista. En el primero se convierte un movimiento rotativo en lineal, y en el segundo se usa directamente una transmisión movimiento lineal directamente.

Pero si queremos comparar el servomotor convencional con otro de tecnología direct-drive, donde ambos proporcionan un movimiento rotativo, no queda tan claro porque uno es superior al otro.

Dejando de lado las aplicaciones de bajas prestaciones donde se usan motores asíncronos o paso-a-paso; en las siguientes lineas vamos a profundizar en las ventajas que aporta un motor Torque en frente de un servomotor brushless convencional.

El objetivo principal de los motores direct-drive es el de eliminar las transmisiones mecánicas o, en su defecto, reducirlas al máximo. Por lo tanto el primer elemento que desaparece cuando montamos un motor Torque es el reductor.

La función principal del reductor es la de aumentar el par de salida, a costa de reducir la velocidad de giro. Pero se puede conseguir el mismo efecto cambiando la forma constructiva del motor.

El par de un servomotor es proporcional a su longitud de su rotor, pero también es proporcional al cuadrado de su diámetro. De esta forma, aumentando el diámetro del motor conseguimos aumentar el par en un factor mucho mayor.

Tal como hemos visto en el párrafo anterior el motor Torque aumenta su diámetro para conseguir un par mayor. Gracias a esto se puede conseguir un elemento compacto reduciendo su longitud sin que afecte al par de salida de forma significativa.
Teniendo en cuenta que también se ha eliminado el reductor, el ahorro de espacio es considerable.

Partiendo de los motores usados en el gráfico anterior podemos sacar una comparativa de las medidas reales de ambos sistemas:

En este caso vemos que manteniendo las mismas características de par y velocidad de salida, conseguimos reducir más de 200mm la longitud aumentando menos de 50mm el diámetro del motor.

Para que una aplicación funcione con una alta dinámica la relación de inercias entre la carga y el servomotor debe ser inferior a 5 (Este valor puede variar entre 5 y 10 en función de la dinámica que queramos conseguir, pero es un valor ampliamente aceptado en el cálculo de servomotores).
En los servomotores la segunda función que tiene el reductor es la de reducir la inercia que se refleja en el eje del motor, para poder mantener la relación de inercias por debajo de 5. Aunque en algunos caso es contraproducente, ya que el propio reductor limita la dinámica (más información en este artículo del blog).

Tal como hemos visto, el aumento del diámetro del rotor en el caso de los motores Torques se traduce en un aumento de la inercia de este, lo cual ayuda a mantener una buena relación de inercias entre la carga y el motor sin la necesidad del reductor.

Curiosamente, puede que las mayores ventajas que aporta el motor Torque a la aplicación estén relacionadas con la parte electrónica, y no en la parte mecánica como cabría suponer.

El hecho de tener una unión rígida entre la carga y el motor elimina todos los efectos derivados de las torsiones, juegos mecánicos y elasticidades de la correa dentada o similares. Adicionalmente, en los motores Torque, el encoder esta acoplado directamente sobre la carga a mover. Lo cual proporciona información de la posición real al driver.

Estas mejoras no solo se traducen en una mayor precisión del posicionado, sino que repercuten directamente en el tiempo de respuesta del sistema. Todo esto conlleva una mejora substancial de la dinámica con un esfuerzo de ajuste mucho menor del que requeriría un servomotor convencional.

Hasta este punto nos hemos centrado en las mejoras que aporta el motor Torque frente a un servomotor, pero existen funcionalidades que solo puede cumplir el Torque.

Una de estas funcionalidades es el agujero pasante.

El Torque permite tener un agujero interior que cruza la longitud del motor. Este agujero permite pasar cables o tubos, de forma muy simple, desde la base de la máquina hasta la carga.

Por ejemplo, una mesa de indexado que contiene distintas estaciones, el hecho de pasar los cables por el centro de la mesa, en lugar de por el exterior de esta, supone una simplificación de diseño abismal.

Otra ventaja que aporta el Torque es el de integración en el sistema, o lo que sería un alto nivel de personalización.

Al contrario que el servomotor, que intenta ser una pieza estándar e intercambiable, el Torque tiene una amplia variedad de diámetros y bobinados para adaptarse a las exigencias de cada aplicación. Esto permite a los ingenieros de diseño integrarlo directamente en la estructura de la máquina y añadirle piezas que faciliten el anclaje con otros elementos, o incluso un mejor sistema de refrigeración.

En estas lineas hemos revisado las características que hacen que un motor Torque supere al servomotor convencional. Aunque también hay puntos que favorecen el uso del servomotor, la mayoría se basan en una comparación directa y se pueden rebatir fácilmente si se abre la comparación a las ventajas qu se aportan al global de la máquina. Por ejemplo, una de ellas es el coste individual de un servomotor, que es inferior al de un motor Torque. Pero si sumamos el reductor, el acoplamiento y el tiempo de montaje el coste se iguala rápidamente.

En la tabla siguiente se resumen los puntos tratados en este artículo, donde queda plasmada la superioridad técnica del motor Torque:

Si tienes una aplicación donde te interesa mejorar las prestaciones de tu máquina ya sea velocidad, dinámica, precisión o simplemente reducir su mantenimiento ponte en contacto con nosotros.

Nuestros especialistas en tecnología Direct Drive y Módulos lineales con motor lineal te asesorarán de manera gratuita.

¡Hasta la próxima!

El equipo Sinadrives.