Los motores y actuadores lineales ahora son competitivos en costos con respecto a 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 factibles. Los accionamientos lineales directos están reemplazando cada vez más a los cilindros neumáticos servocontrolados, aportando confiabilidad y controlabilidad, sin el costo, el ruido y el mantenimiento de los compresores de aire.

Impulsados ​​por los requisitos de la industria de semiconductores, los fabricantes de motores lineales han aumentado constantemente la precisión, reducido los precios, desarrollado múltiples tipos de motores y simplificado la integración en equipos de automatización. Los motores lineales modernos proporcionan una aceleración máxima de 20 g y una velocidad de 10 metros/segundo, ofrecen una agilidad dinámica inigualable, minimizan el mantenimiento y multiplican el tiempo de actividad. Han ido más allá del uso especializado en la industria de semiconductores para proporcionar un rendimiento avanzado en una gran cantidad de aplicaciones.

Con una velocidad y vida útil diez veces mayores que los husillos de bolas, la tecnología de accionamiento lineal directo suele ser la única solución para una automatización que mejora la productividad.

SUPERIORIDAD DINÁMICA

El rendimiento dinámico de los mecanismos de posicionamiento convencionales está limitado por husillos, trenes de engranajes, transmisiones por correa y acoplamientos flexibles, que producen histéresis, holgura y desgaste. De manera similar, los actuadores neumáticos sufren de la masa del pistón y de la fricción entre el pistón y el cilindro, así como de la compresibilidad del aire, lo que produce complejidad en el servocontrol. Los motores y actuadores lineales eliminan la masa y la inercia de los posicionadores convencionales y, libres de estas limitaciones fundamentales, proporcionan una rigidez dinámica inigualable.

La creación directa de fuerza de accionamiento permite que los motores y actuadores lineales alcancen un ancho de banda de circuito cerrado que no está disponible con mecanismos de posicionamiento alternativos. El motor y el actuador pueden aprovechar al máximo los controladores modernos. Estos controladores están sintonizados para una operación de alta ganancia de bucle, logrando un control de ancho de banda amplio, un establecimiento rápido y una recuperación rápida de perturbaciones transitorias.

Los motores y actuadores lineales destacan por realizar movimientos de distancia milimétrica que operan en la zona de fricción estática. Su baja masa y mínima fricción estática minimizan la fuerza motriz necesaria para iniciar el viaje y simplifican la tarea del sistema de control para evitar sobrepasos al detenerse. Estos atributos permiten que los motores y actuadores de accionamiento directo escaneen portaobjetos de microscopio, por ejemplo, y registren las ubicaciones XY de los artefactos a solo milímetros de distancia.

Las aplicaciones que requieren movimientos repetitivos rápidos pueden aprovechar el gran ancho de banda del actuador lineal para duplicar el rendimiento de husillos de bolas o transmisiones por correa. Las máquinas que cortan rollos de material a medida (papel, plástico e incluso pañales) maximizan el rendimiento al funcionar sin detener el flujo de material. Para cortar sobre la marcha, estas máquinas aceleran la cuchilla de corte para sincronizarla con el flujo de material, viajan a la velocidad del material hasta el lugar de corte y luego inician el corte. Después del corte, la hoja regresa a su punto inicial para esperar el siguiente ciclo de corte de ida y vuelta.

TIPOS DE MOTORES LINEALES

Hay tres configuraciones básicas de motores lineales disponibles: motores de plataforma plana, de canal en U y tubulares. Cada motor tiene beneficios y limitaciones intrínsecos.

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

El motor de canal en U, con su núcleo sin hierro, tiene una baja inercia y, por tanto, una máxima agilidad. Sin embargo, las bobinas magnéticas que transportan la carga del forzador viajan profundamente dentro del marco del canal en U, lo que restringe la eliminación de calor.

Los motores lineales tubulares son resistentes, térmicamente eficientes y los más sencillos de instalar. Proporcionan reemplazos directos para posicionadores neumáticos y de husillo de bolas. Los imanes permanentes del motor tubular están alojados en un tubo de acero inoxidable (barra de empuje), que está apoyado en ambos extremos. Sin soporte adicional de la varilla de empuje, el recorrido de la carga se limita a 2 o 3 metros, dependiendo del diámetro de la varilla de empuje.

De los tres tipos de motores, los motores tubulares están mejor equipados para el uso industrial convencional. Los motores lineales tubulares han obtenido importantes beneficios gracias a una innovación de ingeniería fundamental. Los motores lineales de Copley Controls reemplazan el codificador lineal externo tradicional con sensores Hall integrales. Un circuito magnético patentado permite que los sensores de efecto Hall logren una mejora casi diez veces mayor en resolución y repetibilidad.

Como los codificadores lineales pueden costar casi tanto como el propio motor lineal, eliminarlos supone una importante reducción de costes. Esto también simplifica la integración del motor lineal en los sistemas de automatización, ya que no hay un codificador complicado que soportar y alinear. Otros beneficios incluyen robustez, confiabilidad y ausencia de la necesidad de un codificador de entornos protegidos.

Los motores lineales tubulares se pueden transformar en actuadores lineales de accionamiento directo potentes y versátiles. En una encarnación de actuador, el fuerza permanece estacionario (atornillado al marco de la máquina), mientras que la varilla de empuje de posicionamiento de la carga se desplaza sobre cojinetes de baja fricción y sin lubricación montados dentro del fuerza. Además de superar a 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 se prestan para aplicaciones que duplican la productividad con dos forzadores independientes que operan en una sola varilla de empuje. Cada forzador tiene su propio servoaccionamiento y puede viajar de forma totalmente independiente del otro. De este modo, un forzador puede cargar, por ejemplo, mientras el otro descarga. La técnica puede duplicar el rendimiento levantando artículos de dos en dos desde un transportador de desplazamiento rápido y colocándolos con precisión en un segundo transportador.

De manera similar, múltiples fuerzas que operan sobre una sola varilla de empuje pueden duplicar, triplicar o incluso cuadriplicar la fuerza impulsora. Los forzadores pueden ser operados por un solo controlador.

La fuerza de carga del motor lineal se desplaza sobre cojinetes de un solo carril de larga duración. Por el contrario, los mecanismos de conversión de husillo de bolas de rotación a lineal implican fuentes adicionales de desgaste que degradan el rendimiento y acortan la vida útil.

La varilla de empuje del actuador lineal se desliza sobre cojinetes de larga duración y sin lubricación montados en el forzador. Esta simplicidad intrínseca permite que el actuador proporcione 10 millones de ciclos operativos. Los cojinetes del actuador son autoalineantes, lo que facilita la instalación. La fuerza impulsora del actuador se aplica directamente a la varilla de empuje, mejorando la aceleración y la capacidad de respuesta.

Con el codificador externo reemplazado por un sensor de estado sólido integrado en el forzador, los motores y actuadores de accionamiento directo se convierten en dispositivos muy simples de dos componentes. Tanto el forzador como la varilla de empuje son componentes inherentemente muy robustos, lo que permite que el motor y el actuador cumplan con las clasificaciones internacionales de lavado IP67.

La ausencia de engranajes abrasivos y husillos con zumbido confiere a los motores y actuadores lineales la cualificación cada vez más importante de un funcionamiento silencioso. OSHA está siguiendo de cerca los códigos industriales europeos, que imponen normas 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 cada vez más a medida que OSHA extienda su norma a otros entornos de producción.