Los motores lineales pueden alcanzar altas tasas de aceleración y largos recorridos con buenas fuerzas de empuje y una precisión de posicionamiento extremadamente alta, mientras que otros mecanismos de accionamiento, como correas, tornillos o cremalleras, deben sacrificar al menos uno de estos requisitos para cumplir con los demás. Por ello, los motores lineales son la opción preferida para aplicaciones altamente dinámicas como la metrología y la fabricación de semiconductores.

De hecho, según sus especificaciones de rendimiento, los motores lineales parecen ser la solución perfecta para abordar los requisitos competitivos que suelen encontrarse en las aplicaciones de movimiento lineal. Sin embargo, esto plantea la pregunta: "¿Por qué no se adoptan más ampliamente?".

Para entender por qué la tasa de adopción de motores lineales aún está por detrás de otras tecnologías de accionamiento (como correas, tornillos o accionamientos de cremallera y piñón), veamos algunos de los beneficios y desventajas de los diseños de motores lineales.

Generación y disipación de calor

Al dimensionar y seleccionar un motor, ya sea rotativo o lineal, una de las principales consideraciones es el calor. De hecho, las curvas de par (o fuerza) frente a velocidad, que representan rangos de funcionamiento continuos e intermitentes para una combinación dada de motor y variador, se basan en la capacidad del motor para disipar el calor en condiciones de funcionamiento específicas.

La generación de calor puede ser aún más problemática en los motores lineales que en los rotativos, ya que la carga está montada en el forzador, que contiene los devanados del motor. (En algunos diseños de motores lineales, la carga puede montarse en la pista magnética, aunque esto solo es posible para carreras cortas). En los motores lineales sin hierro, los devanados están encapsulados en epoxi, que no disipa el calor tan fácilmente como metales como el hierro o el aluminio.

Esto significa que el calor se transfiere fácilmente a la carga y a los componentes circundantes, lo que provoca expansión térmica, degradación o, en casos extremos, daños o fallos. Incluso si la carga no se ve afectada, la acumulación de calor puede reducir la fuerza continua del motor. Para combatir esto, algunas aplicaciones requieren refrigeración por aire forzado o líquido, lo que aumenta el coste, el espacio ocupado y la complejidad.

Protección contra la contaminación

Debido a su diseño abierto e imanes expuestos, los motores lineales planos con núcleo de hierro y los diseños sin hierro con canal en U pueden ser difíciles de proteger de la contaminación. Si bien las guías lineales de soporte pueden protegerse con diversos sellos y raspadores disponibles comercialmente, los imanes expuestos de un motor lineal pueden atraer partículas ferrosas provenientes de las operaciones de mecanizado o simplemente de la contaminación atmosférica, común en entornos de fabricación y fábricas. Además, la contaminación líquida puede dañar componentes electrónicos sensibles o interferir con los sistemas de retroalimentación.

Por supuesto, se pueden diseñar cubiertas y estructuras externas para proteger contra la contaminación, pero pueden dificultar que el motor disipe el calor, agravando los problemas relacionados con el calor descritos anteriormente.

Compensación de vibraciones y oscilaciones

Una de las principales ventajas de una solución de motor lineal es que elimina la necesidad de componentes mecánicos de transmisión de potencia, como tornillos, correas, reductores y acoplamientos, entre el motor y la carga. Esto significa que los motores lineales no sufren los efectos de holgura, tensado y flexibilidad, lo cual es un factor clave para lograr una precisión de posicionamiento muy alta y ejecutar movimientos altamente dinámicos, con rápidas tasas de aceleración y desaceleración.

Sin embargo, los componentes de transmisión mecánica pueden ser beneficiosos en un sistema de movimiento al proporcionar un mecanismo de amortiguación para las oscilaciones y atenuar perturbaciones, como las reacciones a las fuerzas de mecanizado o las vibraciones inducidas por el movimiento de la carga. Sin este efecto de amortiguación integrado, las oscilaciones y vibraciones pueden impedir que los motores lineales alcancen la precisión de posicionamiento o el tiempo de estabilización deseados.

Para garantizar que el sistema pueda reaccionar y corregir los efectos de estas vibraciones y oscilaciones no amortiguadas, los sistemas de motores lineales suelen requerir bucles de control de velocidad, posición y corriente (fuerza) de mayor frecuencia, así como un mayor ancho de banda del bucle de corriente. El sistema de retroalimentación de posición (normalmente un codificador lineal óptico o magnético) también debe tener una mayor resolución para que el controlador pueda rastrear con mayor precisión la posición del motor y la carga. Incluso el bastidor de la máquina o la estructura de soporte debe ser lo suficientemente rígido (con una alta frecuencia natural) para permanecer relativamente insensible a impactos y vibraciones y soportar las fuerzas generadas por el motor lineal.

En otras palabras, debido a que hay menos componentes para ayudar a compensar las vibraciones y perturbaciones, los bucles de retroalimentación y control deben poder comunicarse más rápido y con mayor precisión para que el sistema logre un rendimiento dinámico y de alta precisión.

Costo inicial versus costo total de propiedad

Finalmente, uno de los factores clave que limitan la adopción generalizada de motores lineales sigue siendo el costo inicial. Si bien existen numerosas comparaciones que demuestran el menor costo total de propiedad (TCO) de las soluciones de motores lineales en comparación con las soluciones tradicionales de correa, tornillo o cremallera y piñón en algunas aplicaciones, el costo inicial de un sistema de motor lineal sigue siendo un obstáculo para la adopción por parte de ingenieros y diseñadores que deben cumplir con las especificaciones de rendimiento con un presupuesto limitado. Por ejemplo, en aplicaciones con recorridos muy largos —una de las áreas donde las soluciones de motores lineales destacan—, el costo de los imanes y los codificadores lineales de alta resolución para cumplir con los requisitos de recorrido puede hacer que una solución de motor lineal sea inviable.

Las aplicaciones no tradicionales impulsan el crecimiento en las tasas de adopción de motores lineales

A pesar de las posibles dificultades que plantean la generación de calor, la protección contra la contaminación, los controles de alto ancho de banda y el coste, la adopción de motores lineales está en aumento. Considerados en su momento como soluciones especializadas para semiconductores, metrología y aplicaciones de mecanizado de alta resistencia, los motores lineales con núcleo de hierro, sin hierro y tubulares se utilizan ahora en aplicaciones de automoción, alimentación, envasado e impresión, donde los movimientos pueden no ser tan complejos ni los requisitos de precisión tan exigentes, pero donde las ventajas de un menor número de componentes, un menor tiempo de inactividad y un mayor rendimiento justifican el coste adicional y las consideraciones de diseño.