PT106910A - Mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral para motores lineares de núcleo ferrítico - Google Patents

Abstract

O INVENTO EM CAUSA CONSISTE NUM MECANISMO DE GUIAMENTO LINEAR ENTRE UMA PARTE FIXA (1) E UMA PARTE MÓVEL (2), PARA MOTORES LINEARES DE NÚCLEO FERRÍTICO, COM POSSIBILIDADE DE AJUSTE DE FOLGA LATERAL OU FOLGA E RIGIDEZ LATERAL, OBTENDO-SE UM MOVIMENTO LINEAR QUE PODE TER ATÉ TRÊS GRAUS DE LIBERDADE, SENDO UM NA DIREÇÃO LONGITUDINAL (6) DE FUNCIONAMENTO DO MOTOR LINEAR E OS RESTANTES NA DIREÇÃO TRANSVERSAL (7) E ROTAÇÃO (8). AS FORÇAS MAGNÉTICAS PERMANENTES DE ATRAÇÃO QUE SÃO CRIADAS ENTRE A BOBINA E OS MAGNETOS DO MOTOR, MONTADOS EM PARTES OPOSTAS, SÃO USADAS PARA PRÉ-CARREGAMENTO DE PELO MENOS TRÊS CHUMACEIRAS DE AR (3), AS QUAIS ESTÃO DISPOSTAS NUM PLANO. O MOVIMENTO NO PLANO, PERMITIDO PELAS CHUMACEIRAS DE AR (3), É CONSTRANGIDO NA DIREÇÃO TRANSVERSAL (7) À DE MOVIMENTAÇÃO DO MOTOR E ROTAÇÃO (8) POR INTERMÉDIO DE GUIAS LATERAIS (4) E ROLETES (5) QUE PERMITEM O AJUSTE DE FOLGA LATERAL OU FOLGA E RIGIDEZ LATERAL.

Description

DESCRIÇÃO

Mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral para motores lineares de núcleo ferritico

Dominio técnico da invenção A presente invenção diz respeito a um mecanismo de guiamento em que a força atrativa que é criada entre a bobina de núcleo ferritico (9) e os magnetos permanentes (11) do motor linear de núcleo ferritico é usada para pré-carregamento de um conjunto de pelo menos três chumaceiras de ar (3), dispostas num plano. No caso particular desta invenção são usados mecanismos para guiamento do motor que permitem ajustar a folga lateral ou a folga e rigidez lateral, constrangindo o movimento na direção transversal (7) à do movimento do motor e rotação (8) conforme os requisitos de utilização. É objetivo da presente invenção criar um dispositivo com um guiamento de alta precisão, que pode ser utilizado para altas velocidades, adaptando-se ao movimento lateral do sistema. Este mecanismo pode ser aplicado em dispositivos de posicionamento linear ou para desenvolver força, em que seja importante garantir movimento linear de alta precisão sem causar restrições transversais significativas no sistema em que é acoplado. Desta forma elimina-se a necessidade da utilização de dispositivos complementares para permitir a compensação lateral do sistema, que muitas vezes interferem na precisão do guiamento. 0 facto do mecanismo de guiamento ser quase ausente de contato e atrito permite que seja particularmente interessante para situações em que seja necessário efetuar muitos ciclos de movimentação. 1 A presente invenção é bastante vantajosa no que toca ao controlo em ensaios mecânicos de fadiga, em que é importante ter um mecanismo de guiamento quase ausente de contato, para reduzir ao mínimo o desgaste do equipamento, e ao mesmo tempo permitir o ajuste a eventuais empenos que os materiais de prova tenham sem introduzir tensões não desejadas. A técnica anterior

Os motores lineares com bobina de núcleo ferrítico criam forças magnéticas extremamente elevadas de atração entre os magnetos permanentes e a bobina, podendo ascender a lOx a capacidade de força linear que o motor consegue desenvolver. Esta força mantém-se constante mesmo se o motor estiver desligado. As soluções tradicionais para guiamento deste tipo de motor são baseadas em guias de corpos rolantes como é o exemplo da patente WO2012127687. Contudo devido à elevada força que as guias têm de suportar a sua utilização está limitada a situações em que os movimentos são de longo curso e quando o número de ciclos que o motor tem de efetuar não é muito elevado.

Existem várias patentes publicadas onde são apresentadas soluções de guiamento para motores lineares com chumaceiras hidroestáticas, sendo as mais comuns as chumaceiras de ar. Exemplos dessas patentes são as US6150740, EP029119B1, e a US4985651 em que é possibilitado o movimento com um grau de liberdade e completamente rígido nos restantes cinco graus de liberdade. Outro exemplo é a patente EP2030723A1 em que é proporcionado movimento plano, controlado por vários motores, usando apenas chumaceiras de ar. 0 objetivo deste último documento é obter-se movimento controlado numa mesa com dois graus de liberdade. Não se conhecem mecanismos com 2 ajuste lateral conforme a solução apresentada na presente invenção.

Descrição das figuras A Fig. 1 representa a montagem do mecanismo de guiamento linear onde se observam a parte fixa (1) , a parte móvel (2), as chumaceiras de ar (3), as guias laterais (4) os roletes (5) e os graus de liberdade do mecanismo: direção longitudinal (6) de funcionamento do motor linear, direção transversal (7) e rotação (8).

Na Fig. 2 é apresentada a parte fixa (1) do mecanismo de guiamento linear, constituída pelas chumaceiras de ar (3) , guias laterais (4) que neste caso são parte integrante da base de suporte fixa (10) e a bobina de núcleo ferrítico (9) .

Na Fig. 3 é apresentada a parte móvel (2) do mecanismo de guiamento linear, constituída pelos roletes (5) , magnetos permanentes (11) do motor linear, um elemento estrutural de suporte móvel (12) e duas superfícies planas (13). A Fig. 4 representa o mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral feito por roletes (5) sobre guias laterais (4) , sendo estas últimas parte integrante da base de suporte fixa (10) . Os roletes (5) são montados no elemento estrutural de suporte móvel (12) através de veios excêntricos de suporte dos roletes (16) que são fixos pelas porcas de imobilização (17) . As forças atrativas de origem magnética que são criadas entre a bobina de núcleo ferrítico (9) e os magnetos permanentes (11) são suportadas pela película de ar hidrostático que é criada entre as chumaceiras de ar (3) e as superfícies planas (13) . As 3 chumaceiras de ar (3) são apoiadas no centro de pressão por calotes esféricas (15) e reguláveis na direção normal à superfície plana (13) através de parafusos de passo fino (14). Os roletes (5) estão montados na parte fixa (1) ou na parte móvel (2) através de veios excêntricos de suporte dos roletes (16) , cujos veios excêntricos de suporte dos roletes (16) são imobilizados por porcas de imobilização (17) . A Fig. 5 mostra o processo de regulação da folga lateral do mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral feito por roletes (5) em que é utilizada uma chave de parafusos de cabeça interior (19) para rodar os veios excêntricos de suporte dos roletes (16) e uma chave de parafusos de cabeça exterior (18) para fixar o mecanismo de ajuste pelas porcas de imobilização (17) . Na figura são ainda apresentadas as chumaceiras de ar (3) , as superfícies planas (13) , a base de suporte fixa (10) com os guias laterais (4) e o elemento estrutural de suporte móvel (12). A Fig. 6 mostra o mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral feito por roletes (5) , gue podem ter a forma de anel elástico, que rolam entre as guias laterais (4), sendo estas últimas parte integrante da base de suporte fixa (10) e do elemento estrutural de suporte móvel (12) . Elementos cilíndricos rígidos (20) podem ser usados para limitar a deformação máxima dos roletes (5), no caso de estes terem a forma de anel elástico. As guias laterais (4) estão na parte fixa (1) e na parte móvel (2) e os roletes (5) têm a forma de anel elástico.

Na Fig. 7 é representado o mecanismo de guiamento linear com ajuste lateral feito por roletes (5) , apoiados por 4 veios oscilantes (21), articulados pelos pinos de suporte dos veios oscilantes (22), cuja rigidez é regulada por intermédio de molas (23) e de pernos roscados para ajuste da força da mola (24) e cujos limites são regulados pelos pernos roscados para ajuste do curso (25) mínimo e máximo. As guias laterais (4) fazem parte integrante do elemento estrutural de suporte móvel (12) e todo o mecanismo de suporte dos roletes (5) está montado na base de suporte fixa (10) . Representa-se ainda as chumaceiras de ar (3) e as superfícies planas (13).

Descrição pormenorizada da invenção

Na fig. 1 é apresentada uma montagem do sistema de guiamento linear, sendo composto por uma parte fixa (1) e uma parte móvel (2), conforme figs. 2 e 3, respetivamente. Desta montagem faz parte um motor linear de núcleo ferrítico, estando a bobina de núcleo ferrítico (9) e os magnetos permanentes (11) montados em partes opostas. Nas figuras mostradas a bobina de núcleo ferrítico (9) é montada na parte fixa (1) e os magnetos permanentes (11) são montados na parte móvel (2) . Geralmente o elemento de menor massa é escolhido para a parte móvel (2).

As forças magnéticas de atração que são criadas entre a bobina de núcleo ferrítico (9) e os magnetos permanentes (11) são usadas para pré-carregamento de pelo menos três chumaceiras de ar (3) , contra pelo menos uma superfície plana (13), que está numa parte oposta à das chumaceiras de ar (3) . Para se conseguir um mecanismo mais compacto as chumaceiras de ar (3) podem estar dispostas em linha, de ambos os lados da bobina de núcleo ferrítico (9), conforme representado na fig. 2. Quando as chumaceiras de ar (3) são pressurizadas é criado um espaçamento entre as chumaceiras de ar (3) e a superfície plana (13) , através de uma 5 película de ar, permitindo um movimento plano, quase ausente de atrito entre a parte fixa (1) e a parte móvel (2) . Conforme representado na fig. 4, as chumaceiras de ar (3) são apoiadas no centro de pressão por calotes esféricas (15) com regulação na direção normal à superfície plana (13) através de parafusos de passo fino (14) . Os parafusos de passo fino (14) permitem nivelar com elevada precisão as chumaceiras de ar (3), formando um plano, e ajustar corretamente a distância entre a bobina de núcleo ferrítico (9) e os magnetos permanentes (11).

Para garantir o guiamento lateral são usadas pelo menos quatro guias laterais (4), que estão alinhadas com a direção longitudinal (6), e estão na parte fixa (1) e/ou na parte móvel (2) e pelo menos dois roletes (5) que estão montados na parte oposta às guias laterais (4) ou estão colocados entre as guias laterias (4) da parte fixa (1) e da parte móvel (2), no caso de existirem guias laterais (4) na parte fixa (1) e na parte móvel (2).

Para garantir o guiamento lateral da parte móvel (2) são apresentadas três combinações diferentes entre as guias laterais (4) e os roletes (5) de suporte, permitindo o mecanismo ter até três graus de liberdade, sendo um na direção longitudinal (6) de funcionamento do motor linear e os restantes na direção transversal (7) e rotação (8).

Na primeira combinação apresentada, figs. 1 a 5, a guia lateral (4) está integrada na parte fixa (1) e o rolete (5) na parte móvel (2), contudo as guias laterais (4) também podem estar integradas na parte móvel (2) e os roletes (5) na parte fixa (1) . Os veios excêntricos de suporte dos roletes (16), que suportam os roletes (5), têm uma excentricidade, conforme representado na fig. 4, que ao ser rodado aproxima ou afasta o rolete (5) da guia lateral (4). 6

Para afinação da folga máxima permitida deve-se primeiro desapertar as porcas de imobilização (17), com uma chave de parafusos de cabeça exterior (18), e de seguida com uma chave de parafusos de cabeça interior (19) rodar os veios excêntricos de suporte dos roletes (16), conforme fig. 5. Com esta combinação consegue-se um ajuste de folga máxima, contudo não é possível afinar a rigidez lateral. A segunda combinação é apresentada esquematicamente na fig. 6. Neste caso tanto a base de suporte fixa (10) como o elemento estrutural de suporte móvel (12) têm guias laterais (4) integradas. Entre as guias laterais (4) da base de suporte fixa (10) e do elemento estrutural de suporte móvel (12) é colocado um rolete (5) que pode ter a forma de um anel elástico, em que a deformação máxima do rolete (5) em forma de um anel elástico pode ser limitada por um elemento cilíndrico rígido (20), que está contido no interior do rolete (5) . O rolete (5) , atua como um corpo rolante entre as guias laterais (4) quando a parte móvel (2) se desloca. A rigidez do movimento na direção transversal (7) e de rotação (8) é controlada pelas dimensões e material do rolete (5) e o deslocamento lateral máximo pelo diâmetro do elemento cilíndrico rígido (20) . Com esta combinação consegue-se um ajuste de folga máxima e de rigidez lateral, contudo para alterar estes parâmetros é necessário substituir o rolete (5) e/ou o elemento cilíndrico rígido (20). A terceira combinação é apresentada esquematicamente na fig. 7. Neste caso as guias laterais (4) estão integradas na parte móvel (2) e o rolete (5) é solidário a um veio oscilante (21) que se articula livremente através de um pino de suporte do veio oscilante (22), em que este último 7 está solidário com a base de suporte fixa (10). Contudo, as guias laterais (4) também podem ser integradas na parte fixa (1) e os roletes (5) na parte móvel (2) . Através de molas (23) e de pernos roscados para ajuste da força das molas (24) é possível ajustar a rigidez lateral do motor. Os pernos roscados para ajuste do curso (25) permitem ajustar os limites de oscilação dos veios oscilantes (21) e conseguentemente o deslocamento máximo da parte móvel (2) na direção transversal (7) e rotação (8).

Lisboa, 26 de Abril de 2013 8

Claims (6)

1. REIVINDICAÇÕES 1 - Mecanismo de guiamento linear composto por uma parte fixa (1) e uma parte móvel (2) caracterizado por ter um motor linear de núcleo ferritico, estando a bobina de núcleo ferritico (9) e os magnetos permanentes (11) montados em partes opostas, em que as forças magnéticas de atração que são criadas entre a bobina de núcleo ferritico (9) e os magnetos permanentes (11) são usadas para pré-carregamento de pelo menos três chumaceiras de ar (3) , contra pelo menos uma superfície plana (13), que está numa parte oposta à das chumaceiras de ar (3), pelo menos quatro guias laterais (4) que estão alinhadas com a direção longitudinal (6) e estão na parte fixa (1) e/ou na parte móvel (2) e pelo menos dois roletes (5) que estão montados na parte oposta às guias laterais (4) ou estão colocados entre as guias laterias (4) da parte fixa (1) e da parte móvel (2), no caso de existirem guias laterais (4) na parte fixa (1) e na parte móvel (2).
2. 2 - Mecanismo de guiamento linear, de acordo com a reivindicação anterior, caracterizado por as chumaceiras de ar (3) serem apoiadas no centro de pressão por calotes esféricas (15) e reguláveis na direção normal à superfície plana (13) através de parafusos de passo fino (14).
3. 3 - Mecanismo de guiamento linear, de acordo com as reivindicações anteriores, caracterizado por os roletes (5) estarem montados na parte fixa (1) ou na parte móvel (2) através de veios excêntricos de suporte dos roletes (16), cujos veios excêntricos de suporte dos roletes (16) são imobilizados por porcas de imobilização (17). l
4. 4 - Mecanismo de guiamento linear, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por as guias laterais (4) estarem na parte fixa (1) e na parte móvel (2) e os roletes (5) serem em forma de anel elástico.
5. 5 - Mecanismo de guiamento linear, de acordo com as reivindicações 1, 2 e 4, caracterizado por ter elementos cilíndricos rígidos (20) contidos no interior dos roletes (5) .
6. 6 - Mecanismo de guiamento linear, de acordo com as reivindicações 1 e 2, caracterizado por os roletes (5) serem apoiados por veios oscilantes (21) articulados por pinos de suporte dos veios oscilantes (22) em que são usadas molas (23), reguladas por pernos roscados para ajuste da força das molas (24), e pernos roscados para ajuste dos cursos (25) mínimo e máximo. Lisboa, 26 de Abril de 2013 2