Los motores lineales permiten alcanzar altas tasas de aceleración y grandes recorridos con una buena fuerza de empuje y una precisión de posicionamiento extremadamente alta, mientras que otros mecanismos de transmisión, como correas, tornillos o cremalleras y piñones, deben sacrificar al menos uno de estos requisitos para cumplir con los demás. Por ello, los motores lineales son la opción preferida para aplicaciones de alta dinámica, 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 contrapuestos que suelen encontrarse en las aplicaciones de movimiento lineal. Pero esto plantea la pregunta: "¿Por qué no se adoptan más ampliamente los motores lineales?"

Para comprender por qué la tasa de adopción de motores lineales aún está por detrás de otras tecnologías de accionamiento —como correas, tornillos o sistemas de cremallera y piñón—, analicemos 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— uno de los factores principales a considerar es el calor. De hecho, las curvas de par (o fuerza) frente a velocidad, que representan los rangos de funcionamiento continuo e intermitente para una combinación motor-accionamiento determinada, se basan en la capacidad del motor para disipar el calor bajo condiciones de funcionamiento específicas.

La generación de calor puede ser aún más problemática para los motores lineales que para los rotativos, ya que la carga se monta en el actuador, que contiene los devanados del motor. (En algunos diseños de motores lineales, la carga se puede montar en la pista magnética, aunque esto solo es viable para carreras cortas). Además, en los motores lineales sin núcleo de hierro, los devanados están encapsulados en epoxi, que no disipa el calor con tanta facilidad como metales como el hierro o el aluminio.

Esto significa que el calor se transfiere fácilmente a la carga y a los componentes circundantes, provocando dilatación 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 de salida continua del motor. Para contrarrestar esto, algunas aplicaciones requieren refrigeración por aire forzado o líquida, lo que aumenta el coste, el espacio ocupado y la complejidad.

Protección contra la contaminación

Debido a su diseño abierto y a los imanes expuestos, los motores lineales planos con núcleo de hierro y los diseños sin núcleo de 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 rascadores disponibles en el mercado, los imanes expuestos de un motor lineal pueden atraer partículas ferrosas procedentes de operaciones de mecanizado o simplemente de la contaminación atmosférica frecuente en entornos de fabricación e instalaciones industriales. Además, la contaminación por líquidos puede dañar componentes electrónicos sensibles o interferir con los sistemas de retroalimentación.

Por supuesto, las cubiertas y las estructuras externas pueden diseñarse para proteger contra la contaminación, pero pueden dificultar la disipación del calor por parte del motor, agravando los problemas relacionados con el calor descritos anteriormente.

Compensación de vibraciones y oscilaciones

Una de las principales ventajas de los motores lineales es que eliminan la necesidad de componentes mecánicos de transmisión de potencia —como tornillos, correas, cajas de engranajes y acoplamientos— entre el motor y la carga. Esto significa que los motores lineales no sufren los efectos de la holgura, la torsión ni la flexibilidad, un factor clave para lograr una alta precisión de posicionamiento y ejecutar movimientos altamente dinámicos, con rápidas aceleraciones y desaceleraciones.

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 las 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 lazos de control de velocidad, posición y corriente (fuerza) de mayor frecuencia, así como un mayor ancho de banda en el lazo de corriente. El sistema de retroalimentación de posición —normalmente un codificador lineal óptico o magnético— también necesita una mayor resolución para que el controlador pueda rastrear con mayor precisión la posición del motor y la carga. Incluso la estructura de la máquina o de soporte debe ser lo suficientemente rígida (con una alta frecuencia natural) para resistir los impactos y las vibraciones, y soportar las fuerzas generadas por el motor lineal.

En otras palabras, dado que hay menos componentes que ayuden a compensar las vibraciones y las perturbaciones, los bucles de retroalimentación y control deben poder comunicarse de forma más rápida y precisa para que el sistema logre un rendimiento dinámico y de alta precisión.

Costo inicial versus costo total de propiedad

Finalmente, uno de los principales factores que limitan la adopción generalizada de los motores lineales sigue siendo el costo inicial. Si bien abundan las comparaciones que demuestran el menor costo total de propiedad (TCO) de las soluciones con motores lineales frente a las soluciones tradicionales de correa, tornillo o cremallera y piñón en algunas aplicaciones, el costo inicial de un sistema de motor lineal sigue siendo una barrera para su adopción por parte de ingenieros y diseñadores que deben cumplir con las especificaciones de rendimiento dentro de un presupuesto ajustado. Un ejemplo claro: para aplicaciones con recorridos muy largos —una de las áreas donde las soluciones con motores lineales destacan—, el costo de los imanes y los encoders lineales de alta resolución necesarios para cumplir con los requisitos de recorrido puede hacer que una solución con motor lineal resulte inviable.

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

A pesar de las posibles dificultades derivadas de la generación de calor, la protección contra la contaminación, los controles de alta precisión y el coste, la adopción de motores lineales está en auge. Si bien antes se consideraban soluciones especializadas para aplicaciones en semiconductores, metrología y mecanizado de alta exigencia, los motores lineales con núcleo de hierro, sin núcleo de hierro y tubulares se utilizan ahora en la industria automotriz, alimentaria, de embalaje y de impresión, donde los movimientos no son 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.