Los motores y actuadores lineales ahora son competitivos en costos con los husillos de bolas y las transmisiones por correa, y ofrecen una agilidad y un ancho de banda notablemente superiores para aplicaciones de posicionamiento avanzadas. Los nuevos micromotores y actuadores ayudan 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 ni el mantenimiento de los compresores de aire.

Impulsados ​​por las exigencias 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 por segundo, ofrecen una agilidad dinámica inigualable, minimizan el mantenimiento y multiplican el tiempo de funcionamiento. Han trascendido el uso especializado en la industria de semiconductores para ofrecer un rendimiento avanzado en una amplia gama de aplicaciones.

Con diez veces la velocidad y la vida útil de los tornillos 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 manera, 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 complica el servocontrol. Los motores y actuadores lineales eliminan la masa y la inercia de los posicionadores convencionales y, al eliminar estas limitaciones fundamentales, proporcionan 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 que no está disponible con mecanismos de posicionamiento alternativos. El motor y el actuador aprovechan al máximo los controladores modernos. Estos controladores están optimizados para operar con alta ganancia de lazo, logrando un amplio control del ancho de banda, un asentamiento rápido y una rápida recuperación ante perturbaciones transitorias.

Los motores y actuadores lineales son excelentes para realizar movimientos de distancias milimétricas que operan en la zona de fricción estática. Su baja masa y mínima fricción estática minimizan la fuerza de accionamiento necesaria para iniciar el desplazamiento y simplifican la tarea del sistema de control para evitar el sobreimpulso al detenerse. Estas características permiten que los motores y actuadores de accionamiento directo escaneen portaobjetos de microscopio, por ejemplo, y tracen la ubicación XY de artefactos separados por tan solo milímetros.

Las aplicaciones que requieren movimientos repetitivos rápidos pueden aprovechar el alto 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 medida (papel, plásticos e incluso pañales) maximizan el rendimiento al operar 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, se desplazan a la velocidad del material hasta el punto de corte e inician el corte. Tras el corte, la cuchilla regresa a su punto de partida a la espera del siguiente ciclo de corte de ida y vuelta.

TIPOS DE MOTORES LINEALES

Hay tres configuraciones básicas de motores lineales disponibles: de bancada plana, de canal en U y tubulares. Cada motor tiene sus propias ventajas y limitaciones.

Los motores de bancada plana, si bien ofrecen recorrido ilimitado y la máxima fuerza de accionamiento, ejercen una considerable e indeseable atracción magnética entre el forzador de 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, presenta baja inercia, lo que le confiere máxima agilidad. Sin embargo, las bobinas magnéticas del forzador, que soportan la carga, se desplazan profundamente dentro del marco del canal en U, lo que limita la disipación de calor.

Los motores lineales tubulares son robustos, térmicamente eficientes y los más fáciles de instalar. Ofrecen reemplazos inmediatos 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), con soporte en ambos extremos. Sin soporte adicional para la barra de empuje, el recorrido de la carga se limita a 2 o 3 metros, dependiendo del diámetro de la barra de empuje.

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

Dado que los codificadores 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 es necesario un codificador complejo que soportar y alinear. Otras ventajas incluyen robustez, fiabilidad y la ausencia de entornos protegidos para el codificador.

Los motores lineales tubulares se pueden transformar en actuadores lineales de accionamiento directo, potentes y versátiles. En una versión con actuador, el forzador permanece estacionario (atornillado al bastidor de la máquina), mientras que la barra de empuje de posicionamiento de la carga se desplaza sobre cojinetes de baja fricción y sin lubricación, montados en el forzador. Además de superar en rendimiento 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 son ideales para aplicaciones que duplican la productividad, con dos forzadores independientes que operan sobre una sola varilla de empuje. Cada forzador cuenta con su propio servoaccionamiento y puede desplazarse de forma totalmente independiente del otro. Por ejemplo, un forzador puede cargar mientras el otro descarga. Esta técnica permite duplicar el rendimiento elevando dos artículos a la vez desde una cinta transportadora de alta velocidad y colocándolos con precisión en una segunda cinta.

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

El forzador de carga del motor lineal se desplaza sobre rodamientos monorraíl de larga duración. Por el contrario, los mecanismos de conversión rotativos a lineales con husillo de bolas presentan desgaste adicional que reduce el rendimiento y 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 alcance 10 millones de ciclos de funcionamiento. Los cojinetes del actuador son autoalineables, lo que facilita su instalación. La fuerza de accionamiento del actuador se aplica directamente a la varilla de empuje, lo que mejora la aceleración y la capacidad de respuesta.

Al sustituir el codificador externo 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. El forzador y 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 agua IP67.

La ausencia de engranajes rechinantes y husillos de avance zumbantes otorga a los motores y actuadores lineales la cada vez más importante calificación de funcionamiento silencioso. La OSHA sigue 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 hospitalarios; esta preocupación se generalizará a medida que la OSHA extienda su normativa a otros entornos de producción.