Etapas de motor lineales completas, incluida la placa base, el motor lineal, las guías lineales, el codificador y los controles.

Los servomotores lineales de la unidad directa han visto un aumento medible en la adopción en los últimos años, gracias en parte a las demandas de los usuarios finales de mayor rendimiento y mejor precisión. Y aunque los motores lineales se reconocen con mayor frecuencia por su capacidad para proporcionar una combinación de altas velocidades, trazos largos y una excelente precisión de posicionamiento que no es posible con otros mecanismos de accionamiento, también pueden lograr un movimiento extremadamente lento, suave y preciso. De hecho, la tecnología del motor lineal proporciona una gama tan amplia de capacidades (fuerza de empuje, velocidad, aceleración, precisión de posicionamiento y repetibilidad) que hay pocas aplicaciones para las cuales los motores lineales no son una solución adecuada.

Las variaciones lineales del motor incluyen servomotores lineales, motores lineales paso a paso, motores de inducción lineal y motores lineales del tubo de empuje. Cuando un servomotor lineal es la mejor opción para una aplicación, aquí hay tres cosas a considerar durante la selección inicial del motor.

La consideración "primaria": ¿núcleo de hierro o sin hierro?
Los servomotores de accionamiento directo lineal vienen en dos tipos principales, el núcleo de hierro o sin hierro, refiriéndose a si los devanados en la parte primaria (análogo al estator en un motor giratorio) están montados en una pila de laminación de hierro o en epoxi. Decidir si la aplicación requiere un núcleo de hierro o un motor lineal sin hierro es típicamente el primer paso en el diseño y la selección.

Los motores lineales del núcleo de hierro son los más adecuados para aplicaciones que requieren fuerzas de empuje extremadamente altas. Esto se debe a que la laminación de la parte primaria contiene dientes (protuberancias) que enfocan el flujo electromagnético hacia los imanes de la parte secundaria (análogo al rotor en un motor rotativo). Esta atracción magnética entre el hierro en la parte primaria y los imanes permanentes en la parte secundaria permite que el motor entregue fuerzas altas.

Los motores lineales sin hierro generalmente tienen capacidades de fuerza de empuje más bajas, por lo que no son adecuados para los requisitos de empuje extremadamente altos que se encuentran en aplicaciones como presionar, mecanizado o moldeo. Pero se destacan en un ensamblaje y transporte de alta velocidad.

La desventaja del diseño del núcleo de hierro es la engranaje, lo que degrada la suavidad del movimiento. El engranaje ocurre porque el diseño ranurado de la parte principal hace que tenga posiciones "preferidas", ya que viaja a lo largo de los imanes de la parte secundaria. Para superar la tendencia de la primaria a alinearse con los imanes de la secundaria, el motor tiene que producir más fuerza, lo que provoca una onda de velocidad, denominada engranaje. Esta variación de la fuerza y ​​la velocidad de la velocidad degrada la suavidad del movimiento, que puede ser un problema importante en las aplicaciones donde la calidad de movimiento durante el viaje (no solo la precisión del posicionamiento final) es importante.

Existen numerosos métodos que los fabricantes usan para reducir el engranaje. Un enfoque común es sesgar la posición de los imanes (o los dientes), creando transiciones más suaves a medida que los dientes primarios viajan a través de los imanes secundarios. Se puede lograr un efecto similar cambiando la forma de los imanes a un octágono alargado.

Otro método para reducir el engranaje se conoce como devanado fraccional. En este diseño, el primario contiene más dientes de laminación que los imanes en la secundaria, y la pila de laminación tiene una forma especial. Juntos, estas dos modificaciones funcionan para cancelar las fuerzas de engranaje. Y, por supuesto, el software siempre ofrece una solución. Los algoritmos anti-cogidos permiten que los servo unidades y controladores ajusten la corriente suministrada a la primaria para que se minimicen las variaciones en fuerza y ​​velocidad.

Los motores lineales sin hierro no experimentan engranajes, ya que sus bobinas primarias están encapsuladas en epoxi, en lugar de estar heridos alrededor de una laminación de acero. Y los servomotores lineales sin hierro tienen una masa más baja (el epoxi es más ligero, aunque menos rígido que el acero), lo que les permite lograr algunos de los valores de aceleración, desaceleración y velocidad máxima que se encuentran en los sistemas electromecánicos. Los tiempos de asentamiento suelen ser mejores (más bajos) para motores sin hierro que para las versiones de núcleo de hierro también. La falta de acero en la falta primaria y asociada de engranaje o ondulación de velocidad, también significa que los motores lineales sin hierro pueden proporcionar un movimiento muy lento y constante, típicamente con una variación de velocidad inferior al 0.01 por ciento.

¿Qué nivel de integración?
Al igual que los motores rotativos, los servomotores lineales son solo un componente en un sistema de movimiento. Un sistema de motor lineal completo también requiere rodamientos para soportar y guiar la carga, la gestión de cables, la retroalimentación (generalmente un codificador lineal) y un servo disco y controlador. Los OEM y los constructores de máquinas altamente experimentados, o aquellos que tienen requisitos de diseño o rendimiento muy únicos, pueden construir un sistema completo con capacidades internas y componentes estándar de varios fabricantes.

El diseño del sistema de motor lineal es posiblemente más simple que el diseño de sistemas basados ​​en correas, bastidores y piñones o tornillos. Hay menos componentes y menos pasos de ensamblaje intensivo en mano de obra (sin alineación de los soportes de tornillo de bola o tensión de las correas). Y los motores lineales no tienen contacto, por lo que los diseñadores no tienen que preocuparse por hacer provisiones para lubricación, ajustes u otro mantenimiento de la unidad de accionamiento. Pero para aquellos OEM y constructores de máquinas que buscan una solución llave en mano, existen innumerables opciones para actuadores lineales completos con motores, etapas de alta precisión e incluso sistemas cartesianos y de pórtico.

¿El entorno es adecuado para un motor lineal?
Los motores lineales son a menudo la solución preferida en entornos difíciles, como salas limpias y entornos de vacío, ya que tienen menos piezas móviles y pueden combinarse con casi cualquier tipo de guía lineal o manejo de cables para cumplir con los requisitos de generación de partículas, desgasificaciones y temperatura de la aplicación. Y en casos extremos, la secundaria (pista magnética) se puede usar como la parte móvil, con la parte principal (devanados, incluidos los cables y la gestión de cables) que queda estacionaria.

Pero si el entorno consistirá en chips de metal, polvo metálico o partículas de metal, un servomotor lineal puede no ser la mejor opción. Esto es especialmente cierto para los motores lineales del núcleo de hierro porque su diseño está inherentemente abierto, dejando la pista magnética expuesta a la contaminación. El diseño semi-encerrado de motores lineales sin hierro proporciona una mejor protección, pero se debe tener cuidado para garantizar que la ranura en la parte secundaria no esté directamente expuesta a fuentes de contaminación. Hay opciones de diseño para encerrar motores lineales de Core y Ironless sin hierro, pero estas pueden reducir la capacidad de un motor para disipar el calor, potencialmente intercambiar un problema por otro.