Se puede considerar un motor lineal como un servomotor rotativo desenrollado y colocado plano para producir un movimiento fundamentalmente lineal. Un actuador lineal tradicional es un elemento mecánico que convierte el movimiento de giro de un servomotor giratorio en viajes en línea recta. Los dos ofrecen movimiento lineal pero con características de rendimiento muy diferentes y compensaciones. No existe una tecnología superior o inferior: la elección de la cual usar depende de la aplicación. Echemos un vistazo más de cerca.

La regla general de los motores lineales es que brillan en aplicaciones que requieren alta aceleración, altas velocidades o alta precisión. En metrología semiconductora, por ejemplo, donde la resolución y el rendimiento son críticos e incluso una hora de tiempo de inactividad pueden costar decenas de miles de dólares, los motores lineales proporcionan la solución ideal. Pero, ¿qué pasa con una situación menos exigente?

Un problema temprano con los motores lineales fue la competitividad de los costos. Los motores lineales requieren imanes de tierras raras, que presentan uno de los factores limitantes a la longitud del accidente cerebrovascular. Claro, en teoría, los imanes se pueden alinear prácticamente sin parar, pero en realidad, aparte del desafío de garantizar una rigidez suficiente en una larga longitud del trazo, los costos aumentan, particularmente para los diseños de canales en U.

Los motores de núcleo de hierro pueden generar la misma fuerza utilizando imanes más pequeños que el diseño sin hierro equivalente, por lo que si el músculo es el requisito principal y las especificaciones de rendimiento son lo suficientemente relajadas como para tolerar una perturbación de la fuerza de engranaje que resulta en una posición dinámica o errores de velocidad, el núcleo de hierro podría ser el mejor enfoque. Si los requisitos de rendimiento son aún más sueltos, en el orden de micras en lugar de nanómetros, tal vez la combinación de actuador lineal proporciona el compromiso más apropiado: elija un actuador lineal para el envasado de fármacos, por ejemplo, pero un motor lineal para la secuencia de ADN del descubrimiento de fármacos.

Longitud de viaje
Aunque existen muchas excepciones, la longitud óptima del trazo para motores lineales varía de un par de milímetros a varios metros. Más bajo que eso, una alternativa como una flexión podría ser más efectiva; Arriba, las unidades de cinturón y luego los diseños de estante y piñón probablemente sean mejores apuestas.

La longitud de la carrera de los motores lineales está limitado no solo por costo y estabilidad de montaje, sino también por el tema de la gestión de cables. Para generar movimiento, el Forter debe ser energizado, lo que significa que los cables de energía deben viajar con él la longitud de carrera completa. El cable de alto flexión y las pistas de las carreras que lo acompañan son costosos, y el hecho de que el cableado es el mayor punto de falla en el control en general complica aún más el problema.

Por supuesto, la naturaleza misma de los motores lineales puede producir una solución inteligente a ese problema. Donde tenemos esas preocupaciones, montaremos el Forcer a la base estacionaria y moveremos la pista del imán. De esa manera, todos los cables llegan al Forcer estacionario. Obtiene un poco menos de aceleración de un motor dado porque no está acelerando una bobina, está acelerando una pista magnética, que es más pesada. Si estuvieras haciendo esto por G High G's, eso no sería bueno. Si realmente no tiene una aplicación de alta G, este podría ser un muy buen diseño.

Profeta cita los servomotores lineales Aerotech con fuerzas máximas que van de 28 a 900 libras, pero aquí nuevamente, el diseño fundamental de motores lineales se presta a soluciones únicas que ofrecen mucho más. Tenemos clientes que tomarán nuestros motores lineales más grandes, juntarán seis de ellos y generarán casi 6000 libras de fuerza. Puede colocar múltiples forras en múltiples pistas, arreglarlos mecánicamente y luego conmutarlos todos juntos para que actúen como un solo motor; O puede colocar múltiples fortalezas en la misma pista de imán y montarlos en el carro que sostiene la carga y tratarlos como un motor.

Dado que vivimos en el mundo real y es imposible igualar exactamente la conmutación, existe una multa de eficiencia de un pequeño porcentaje para pagar este enfoque, pero aún puede producir la mejor solución general para una aplicación determinada.

De cabeza a la cabeza
Desde el punto de vista de la fuerza, ¿cómo se acumulan los motores lineales hasta combinaciones de motor giratorio/actuador lineal? Hay una compensación de fuerza significativa, comparamos un motor lineal sin ranura de ocho polos de 4 pulgadas con un producto basado en tornillos de 4 pulgadas de ancho. Nuestro motor lineal de ocho polos tiene una fuerza máxima de 40 libras (180 N) y una fuerza continua de 11 libras (50 N). En este mismo perfil con un servomotor NEMA 23 y nuestro producto impulsado por el tornillo, la carga axial máxima es de 200 libras, por lo que si lo mira de esa manera, está viendo básicamente una reducción de 20 veces en la fuerza continua.

Los resultados reales variarán según el tornillo del tornillo, el diámetro del tornillo, las bobinas del motor y el diseño del motor, se apresura a notar y está limitado por los cojinetes axiales que soportan el tornillo. El motor lineal de núcleo de hierro de 13 pulgadas de ancho de la compañía puede generar 1600 lbs de fuerza axial máxima en comparación con las 440 libras proporcionadas por un producto impulsado por tornillos de 6 pulgadas, por ejemplo, pero la cantidad de espacio cedido es considerable.

Parafraseando un eslogan político, es la aplicación, estúpida. Si la densidad de fuerza es la principal preocupación, entonces un actuador es probablemente la mejor opción. Si la aplicación requiere capacidad de respuesta, por ejemplo, en una aplicación de alta precisión y alta aceleración como la inspección de LCD, la compensación de la huella para la fuerza para obtener el rendimiento necesario vale la pena.

Manteniéndolo limpio
La contaminación es un problema importante para el control de movimiento en entornos de fabricación y los motores lineales no son una excepción. Un gran problema con el diseño del motor lineal estándar es la exposición a la contaminación, como partículas sólidas o humedad. Esto es cierto para los diseños 'plano' y menos problemas para los diseños [de canales u].

Es muy difícil sellar completamente la solución. No quieres estar en un entorno de alta humedad. Si va a poner un motor lineal en una aplicación de corte de chorro de agua, debe ejercer una presión positiva y asegurarse de que esté bien protegida porque la electrónica del motor lineal está allí con la actuación.

En el caso de los diseños de canales en U, la inversión de la U puede minimizar la posibilidad de que las partículas ingresen al canal, pero eso crea problemas de manejo térmico que pueden comprometer el rendimiento como resultado de mover la masa del riel magnet en lugar de mover la masa del proveedor. Una vez más, es una compensación y nuevamente, la aplicación impulsa el uso.

No es solo el entorno el que puede afectar el motor lineal: el motor lineal puede crear problemas con el entorno. A diferencia de los diseños rotativos, los imanes grandes en unidades lineales pueden causar estragos en los alrededores magnéticamente sensibles, por ejemplo en las máquinas de resonancia magnética (MRI). Incluso puede ser un problema en una aplicación más prosaica como el corte de metal. Obtiene estos imanes de alta fuerza que están tratando de tirar de cada uno de estos chips de metal sobre la pista del imán, por lo que los motores lineales no van a funcionar bien en ese tipo de aplicaciones sin una protección adecuada.

Sobre esas aplicaciones ...
Entonces, ¿dónde está el punto dulce de la aplicación para motores lineales? Metrología, para comenzar, en áreas como semiconductores, LED y fabricación LCD. La impresión digital de letreros grandes también es un mercado en crecimiento, al igual que el sector biomédico, e incluso la fabricación de piezas pequeñas, nuestros clientes organizan pares de motores lineales en configuraciones de pórtico para tareas de ensamblaje. Desea obtener el mayor rendimiento del producto como pueda, por lo que la alta aceleración y la velocidad que puede obtener de estos motores es ventajoso. Una cosa que hemos estado haciendo últimamente es la fabricación de celdas de combustible; El corte de plantilla es otro.