Los motores lineales pueden lograr altas tasas de aceleración y largas longitudes de viaje con buenas fuerzas de empuje y precisiones de posicionamiento extremadamente altas, mientras que otros mecanismos de accionamiento, como cinturones, tornillos o bastidores y piñones, deben sacrificar al menos uno de estos requisitos para lograr los demás. Esta es la razón por la cual los motores lineales son la opción preferida para aplicaciones altamente dinámicas como metrología y fabricación de semiconductores.

De hecho, según sus especificaciones de rendimiento, los motores lineales parecen ser la solución perfecta para abordar los requisitos competitivos que a menudo se encuentran en aplicaciones de movimiento lineal. Pero eso plantea la pregunta: "¿Por qué los motores lineales no son más ampliamente adoptados?"

Para comprender por qué la tasa de adopción de los motores lineales aún se queda atrás de otras tecnologías de accionamiento, como correas, tornillos o unidades de bastidor y piñones, veamos algunos de los beneficios y inconvenientes 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 consideraciones principales es el calor. De hecho, las curvas de par (o fuerza) versus velocidad, que representan rangos de operación continuos e intermitentes para una combinación de accionamiento motor dada, se basan en la capacidad del motor para disipar el calor en condiciones de funcionamiento especificadas.

La generación de calor puede ser aún más problemática para los motores lineales que para los motores giratorios, ya que la carga está montada en el Forcer, que contiene los devanados del motor. (En algunos diseños de motores lineales, la carga se puede montar en la pista del imán, aunque esto solo puede ser factible para golpes cortos). Y en los motores lineales sin hierro, los devanados están encapsulados en epoxi, lo que no disipa el calor tan fácilmente como los metales como el hierro o el aluminio.

Esto significa que el calor se transfiere fácilmente a la carga y a los componentes circundantes, causando expansión térmica, degradación o, en casos extremos, daños o falla. Incluso si la carga no se ve afectada, la acumulación de calor puede reducir la salida de fuerza continua del motor. Para combatir esto, algunas aplicaciones requieren aire forzado o enfriamiento líquido, lo que aumenta el costo, la huella y la complejidad.

Protección contra la contaminación

Debido a su diseño abierto y sus imanes expuestos, los motores lineales planos de Core de hierro y los diseños sin hierro de canal U pueden ser difíciles de proteger de la contaminación. Si bien las guías lineales de soporte pueden protegerse con varios sellos y raspadores de estampado, los imanes expuestos de un motor lineal pueden atraer partículas ferrosas de las operaciones de mecanizado o simplemente de la contaminación en el aire que a menudo se encuentran en los entornos de fabricación y fábricas. Y la contaminación líquida puede dañar la electrónica sensible 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 que el motor disipe el calor, exacerbando los problemas relacionados con el calor descritos anteriormente.

Compensación de vibraciones y oscilaciones

Uno de los puntos de venta clave de una solución de motor lineal es que elimina la necesidad de componentes de transmisión de potencia mecánica, como tornillos, cinturones, cajas de cambios y acoplamientos, entre el motor y la carga. Esto significa que los motores lineales no sufren los efectos de la reacción violenta, la bobina y el cumplimiento, lo cual es un factor importante en su capacidad para lograr precisiones de posicionamiento muy altas y ejecutar movimientos altamente dinámicos, con tasas rápidas de aceleración y desaceleración.

Pero los componentes de transmisión mecánica pueden ser beneficiosos en un sistema de movimiento al proporcionar un mecanismo de amortiguación para las oscilaciones y las perturbaciones atenuantes, como las reacciones de las fuerzas de mecanizado o las vibraciones inducidas por el movimiento de la carga. Y sin este efecto de amortiguación "incorporado", las oscilaciones y vibraciones pueden evitar que los motores lineales logren la precisión de posicionamiento deseada o el tiempo de asentamiento.

Para garantizar que el sistema pueda reaccionar y hacer correcciones para los efectos de estas vibraciones y oscilaciones no amortiguadas, los sistemas de motor lineal a menudo requieren una mayor velocidad de frecuencia, posición y bucles de control de corriente (fuerza) y un mayor ancho de banda de bucle de corriente. El sistema de retroalimentación de posición, típicamente un codificador lineal óptico o magnético, también necesita tener una resolución más alta para que el controlador pueda rastrear con mayor precisión la posición del motor y la carga. Incluso el marco de la máquina o la estructura de soporte deben hacerse lo suficientemente rígidas (con una alta frecuencia natural) para permanecer relativamente insentible para los choques y vibraciones y resistir 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 alcance un rendimiento dinámico de alta precisión.

Costo por adelantado versus costo total de propiedad

Y finalmente, uno de los factores limitantes clave para la adopción generalizada de motores lineales sigue siendo el costo inicial. Aunque abundan las comparaciones que demuestran el menor costo total de propiedad (TCO) de soluciones de motor lineal sobre las soluciones tradicionales de cinturón, tornillo o bastidor y piñón en algunas aplicaciones, el costo por adelantado de un sistema motor lineal sigue siendo una barrera para la adopción para los ingenieros y diseñadores que se les asigna especificaciones de rendimiento dentro de un presupuesto limitado. Caso en cuestión: para aplicaciones con longitudes de viaje muy largas, una de las áreas donde las soluciones de motor lineal sobresalen, el costo de los imanes y los codificadores lineales de alta resolución para cumplir con los requisitos de viaje pueden fijar una solución de motor lineal fuera de consideración.

Las aplicaciones no tradicionales impulsan el crecimiento de las tasas de adopción de motor lineal

A pesar de las posibles dificultades planteadas por la generación de calor, la protección contra la contaminación, los controles de alto ancho de banda y el costo, la tasa de adopción de los motores lineales está creciendo. Una vez vistas como soluciones de nicho para las aplicaciones de mecanizado de semiconductores, metrología y de servicio pesado, el núcleo de hierro, los motores lineales sin hierro y tubulares ahora se usan en automotriz, alimentos y embalajes, e imprimir aplicaciones, donde los movimientos pueden no ser tan desafiantes o los requisitos de precisión como exigentes, pero donde los beneficios de los menos componentes, menos tiempo de inactividad, y el mayor rumbo, justifican el costo adicional y el costo adicional.