Los motores y actuadores lineales son ahora competitivos en precio con los husillos de bolas y las transmisiones por correa, y ofrecen una agilidad y un ancho de banda claramente superiores para aplicaciones de posicionamiento avanzadas. Los nuevos micromotores y actuadores están ayudando a automatizar tareas que antes no eran viables. Los accionamientos lineales directos están sustituyendo cada vez más a los cilindros neumáticos servocontrolados, aportando fiabilidad y controlabilidad, sin el coste, el ruido ni el mantenimiento de los compresores de aire.

Impulsados ​​por las exigencias de la industria de semiconductores, los fabricantes de motores lineales han aumentado progresivamente la precisión, reducido los precios, desarrollado múltiples tipos de motores y simplificado la integración en equipos de automatización. Los motores lineales modernos ofrecen una aceleración máxima de 20 g y una velocidad de 10 m/s, una agilidad dinámica inigualable, un mantenimiento mínimo y un tiempo de actividad prolongado. Su uso se ha extendido más allá de la industria de semiconductores, proporcionando un rendimiento avanzado en multitud de aplicaciones.

Con una velocidad y una vida útil diez veces superiores a las de los husillos de bolas, la tecnología de accionamiento directo lineal es a menudo la única solución para la automatización que mejora la productividad.

SUPERIORIDAD DINÁMICA

El rendimiento dinámico de los mecanismos de posicionamiento convencionales se ve limitado por husillos, trenes de engranajes, transmisiones por correa y acoplamientos flexibles, que producen histéresis, holgura y desgaste. De igual modo, los actuadores neumáticos se ven afectados por la masa del pistón y la fricción entre el pistón y el cilindro, así como por la compresibilidad del aire, lo que genera complejidad en el control servo. Los motores y actuadores lineales eliminan la masa y la inercia de los posicionadores convencionales y, al no presentar estas limitaciones fundamentales, ofrecen una rigidez dinámica inigualable.

La generación directa de fuerza de accionamiento permite que los motores y actuadores lineales alcancen un ancho de banda de lazo cerrado inalcanzable con otros mecanismos de posicionamiento. El motor y el actuador pueden aprovechar al máximo los controladores modernos. Estos controladores están optimizados para un funcionamiento con alta ganancia de lazo, logrando un control de amplio ancho de banda, un rápido establecimiento y una rápida recuperación ante perturbaciones transitorias.

Los motores y actuadores lineales destacan por su capacidad para realizar movimientos de milímetros de precisión en la zona de fricción estática. Su baja masa y mínima fricción estática reducen al mínimo la fuerza necesaria para iniciar el desplazamiento y simplifican la tarea del sistema de control al evitar el sobreimpulso al detenerse. Estas características permiten que los motores y actuadores de accionamiento directo escaneen portaobjetos de microscopio, por ejemplo, y registren las posiciones XY de objetos separados por tan solo milímetros.

Las aplicaciones que requieren movimientos repetitivos rápidos pueden aprovechar el amplio ancho de banda del actuador lineal para duplicar el rendimiento de los husillos de bolas o las transmisiones por correa. Las máquinas que cortan rollos de material a la medida (papel, plástico, incluso pañales) maximizan el rendimiento al operar sin interrumpir el flujo del material. Para cortar en movimiento, estas máquinas aceleran la cuchilla de corte para sincronizarla con el flujo del material, se desplaza a la velocidad del material hasta el punto de corte y, a continuación, inicia el corte. Tras el corte, la cuchilla regresa a su punto de partida para esperar el siguiente ciclo de corte.

TIPOS DE MOTORES LINEALES

Existen tres configuraciones básicas de motores lineales: de lecho plano, de canal en U y tubulares. Cada motor tiene ventajas y limitaciones intrínsecas.

Los motores de plataforma plana, si bien ofrecen un recorrido ilimitado y la mayor fuerza motriz, ejercen una considerable e indeseable atracción magnética entre el elemento que soporta la carga y la pista del imán permanente del motor. Esta fuerza de atracción requiere cojinetes que soporten la carga adicional.

El motor de canal en U, con su núcleo sin hierro, tiene baja inercia y, por lo tanto, máxima agilidad. Sin embargo, las bobinas magnéticas que soportan la carga del actuador se encuentran en el interior del marco del canal en U, lo que dificulta la disipación del calor.

Los motores lineales tubulares son robustos, térmicamente eficientes y muy fáciles de instalar. Sustituyen directamente a los posicionadores neumáticos y de husillo de bolas. Los imanes permanentes del motor tubular están encapsulados en un tubo de acero inoxidable (barra de empuje), que cuenta con soporte en ambos extremos. Sin soporte adicional para la barra de empuje, el recorrido de la carga se limita a entre 2 y 3 metros, según el diámetro de la barra.

De los tres tipos de motores, los tubulares son los más adecuados para el uso industrial general. Los motores lineales tubulares han experimentado importantes mejoras gracias a una innovación de ingeniería fundamental. Los motores lineales de Copley Controls sustituyen el tradicional codificador lineal externo por sensores Hall integrados. Un circuito magnético patentado permite que los sensores de efecto Hall alcancen una resolución y repetibilidad casi diez veces superior.

Dado que los encoders lineales pueden costar casi tanto como el propio motor lineal, su eliminación supone una importante reducción de costes. Esto también simplifica la integración del motor lineal en los sistemas de automatización, ya que no hay que mantener ni alinear ningún encoder complejo. Otras ventajas incluyen robustez, fiabilidad y la eliminación de la necesidad de entornos protegidos para los encoders.

Los motores lineales tubulares pueden transformarse en potentes y versátiles actuadores lineales de accionamiento directo. En su configuración como actuador, el actuador permanece fijo (atornillado al bastidor de la máquina), mientras que la varilla de empuje para el posicionamiento de la carga se desplaza sobre cojinetes de baja fricción y sin lubricación, montados dentro del actuador. Además de superar el rendimiento de los husillos de bolas y las transmisiones por correa, el actuador lineal es una alternativa de mayor rendimiento a los sistemas de posicionamiento servoneumáticos programables.

Los motores lineales tubulares son ideales para duplicar la productividad en aplicaciones con dos actuadores independientes que operan sobre una sola barra de empuje. Cada actuador cuenta con su propio servomotor y puede desplazarse con total independencia del otro. De esta forma, un actuador puede cargar, por ejemplo, mientras el otro descarga. Esta técnica permite duplicar el rendimiento al elevar artículos de dos en dos desde una cinta transportadora de alta velocidad y colocarlos con precisión en una segunda cinta.

De igual modo, varios actuadores que actúan sobre una sola barra de empuje pueden duplicar, triplicar o incluso cuadruplicar la fuerza motriz. Estos actuadores pueden ser controlados por un único controlador.

El actuador de carga del motor lineal se desplaza sobre cojinetes de riel único de larga duración. En cambio, los mecanismos de conversión rotativa a lineal mediante husillo de bolas presentan fuentes adicionales de desgaste que reducen el rendimiento y acortan su vida útil.

La varilla de empuje del actuador lineal se desliza sobre cojinetes de larga duración que no requieren lubricación, montados en el actuador. Esta simplicidad intrínseca permite que el actuador ofrezca 10 millones de ciclos de funcionamiento. Los cojinetes del actuador son autoalineables, lo que facilita la instalación. La fuerza motriz del actuador se aplica directamente a la varilla de empuje, mejorando la aceleración y la capacidad de respuesta.

Al sustituir el codificador externo por un sensor de estado sólido integrado en el actuador, los motores y actuadores de accionamiento directo se convierten en dispositivos de dos componentes muy sencillos. Tanto el actuador como la varilla de empuje son componentes inherentemente muy robustos, lo que permite que el motor y el actuador cumplan con la clasificación internacional de resistencia al lavado IP67.

La ausencia de engranajes chirriantes y husillos de bolas confiere a los motores y actuadores lineales la cualidad, cada vez más importante, de funcionar con bajo nivel de ruido. La OSHA sigue de cerca las normativas industriales europeas, que imponen reglas cada vez más estrictas sobre el ruido en el lugar de trabajo. El funcionamiento silencioso ya es fundamental en entornos de laboratorio y hospitales; esta preocupación se generalizará a medida que la OSHA extienda su normativa a otros entornos de producción.