Los motores lineales pueden alcanzar altas tasas de aceleración y largos recorridos con buenas fuerzas de empuje y precisiones de posicionamiento extremadamente altas, mientras que otros mecanismos de transmisión, como correas, tornillos o piñones y cremalleras, deben sacrificar al menos uno de estos requisitos para lograr el objetivo. otros. Por este motivo, 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 a menudo se encuentran en las aplicaciones de movimiento lineal. Pero eso 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 transmisión, como correas, tornillos o transmisiones de piñón y cremallera, 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) versus velocidad, que representan rangos operativos continuos e intermitentes para una determinada combinación de motor-accionamiento, se basan en la capacidad del motor para disipar calor en condiciones operativas específicas.

La generación de calor puede ser incluso más problemática para los motores lineales que para los motores rotativos, ya que la carga está montada en el forzador, que contiene los devanados del motor. (En algunos diseños de motores lineales, la carga se puede montar en la pista magnética, aunque esto puede que sólo sea factible para carreras cortas). Y 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 fallas. 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 refrigeración líquida o por aire forzado, lo que aumenta el costo, el tamaño 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 se pueden proteger con varios sellos y raspadores disponibles en el mercado, los imanes expuestos de un motor lineal pueden atraer partículas ferrosas de las operaciones de mecanizado o simplemente de la contaminación transmitida por el aire que a menudo se encuentra en los entornos de fabricación y fábrica. Y la contaminación líquida puede dañar los 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, exacerbando los problemas relacionados con el calor descritos anteriormente.

Compensación de vibraciones y oscilaciones.

Uno de los puntos clave de venta de una solución de motor lineal es que elimina 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 contragolpe, cuerda y cumplimiento, lo cual es un factor importante en su capacidad para lograr precisiones de posicionamiento muy altas y ejecutar movimientos altamente dinámicos, con rápidas tasas 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 atenuar las perturbaciones, 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 impedir que los motores lineales alcancen la precisión de posicionamiento o el tiempo de estabilización deseados.

Para garantizar que el sistema pueda reaccionar y hacer correcciones a los efectos de estas vibraciones y oscilaciones no amortiguadas, los sistemas de motores lineales a menudo requieren bucles de control de velocidad, posición y corriente (fuerza) de frecuencia más alta, y un ancho de banda de bucle de corriente más alto. El sistema de retroalimentación de posición (generalmente un codificador lineal óptico o magnético) también debe tener una resolución más alta 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 deben ser lo suficientemente rígidos (con una frecuencia natural alta) para permanecer relativamente insensibles a los golpes 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 logre un rendimiento dinámico y de alta precisión.

Costo inicial versus costo total de propiedad

Y, por último, 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 las soluciones de motor lineal en comparación con las soluciones tradicionales de correa, tornillo o piñón y cremallera en algunas aplicaciones, el costo inicial de un sistema de motor lineal sigue siendo una barrera para Adopción para ingenieros y diseñadores que tienen la tarea de cumplir con las especificaciones de rendimiento dentro de un presupuesto limitado. Caso en cuestión: para aplicaciones con longitudes de recorrido muy largas (una de las áreas donde destacan las soluciones de motores lineales), el costo de los imanes y los codificadores lineales de alta resolución para cumplir con los requisitos de recorrido puede poner el precio de una solución de motor lineal fuera de consideración.

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 gran ancho de banda y el costo, la tasa de adopción de motores lineales está creciendo. Los motores lineales con núcleo de hierro, sin hierro y tubulares, que alguna vez se consideraron soluciones de nicho para aplicaciones de semiconductores, metrología y mecanizado de alta resistencia, ahora se utilizan en aplicaciones de automoción, alimentos y embalaje e impresión, donde los movimientos pueden no ser tan desafiantes o el Los requisitos de precisión son exigentes, pero los beneficios de menos componentes, menos tiempo de inactividad y mayor rendimiento justifican el costo adicional y las consideraciones de diseño.