Los motores lineales ofrecen un rendimiento superior, por lo que destacan en equipos médicos, automatización industrial, embalaje y fabricación de semiconductores. Además, los nuevos motores lineales solucionan los problemas de coste, calor y complejidad de integración de las versiones anteriores. En resumen, los motores lineales constan de una bobina (parte primaria o impulsor) y una plataforma fija, a veces denominada platina o secundaria. Existen numerosos subtipos, pero los dos más comunes en automatización son los motores lineales sin escobillas con núcleo de hierro y los motores lineales sin núcleo de hierro.

Los motores lineales generalmente superan a los accionamientos mecánicos. Ofrecen longitudes ilimitadas. Al no presentar la elasticidad ni la holgura propias de los sistemas mecánicos, la precisión y la repetibilidad son elevadas y se mantienen durante toda la vida útil de la máquina. De hecho, solo los cojinetes guía de un motor lineal requieren mantenimiento; el resto de los subcomponentes no sufren desgaste.

Donde los motores lineales de núcleo de hierro sobresalen
Los motores lineales de núcleo de hierro tienen bobinas primarias alrededor de un núcleo de hierro. La bobina secundaria suele ser una pista magnética fija. Estos motores funcionan bien en máquinas de moldeo por inyección, máquinas herramienta y prensas, ya que proporcionan una fuerza continua elevada. Sin embargo, cabe mencionar que pueden presentar problemas de retención magnética, debido a que la atracción magnética de la bobina secundaria sobre la primaria varía a medida que recorre la pista magnética. La fuerza de retención es la responsable de este problema. Los fabricantes abordan la retención magnética de diversas maneras, pero resulta problemática cuando se requiere un movimiento suave.

Aun así, los motores lineales con núcleo de hierro presentan numerosas ventajas. Un acoplamiento magnético más fuerte (entre el núcleo de hierro y los imanes del estator) genera una alta densidad de fuerza. Por lo tanto, estos motores ofrecen una mayor fuerza de salida que los motores lineales sin núcleo de hierro comparables. Además, disipan gran cantidad de calor, ya que el núcleo de hierro disipa el calor generado por la bobina durante el funcionamiento, reduciendo la resistencia térmica entre la bobina y el ambiente mejor que los motores sin núcleo de hierro. Finalmente, estos motores son fáciles de integrar, puesto que el actuador y el estator están directamente enfrentados.

Motores lineales sin núcleo de hierro para carreras rápidas
Los motores lineales sin núcleo de hierro no contienen hierro en su bobina primaria, por lo que son más ligeros y generan un movimiento más dinámico. Las bobinas están integradas en una placa de epoxi. La mayoría de estos motores cuentan con guías en forma de U revestidas con imanes en sus superficies internas. La acumulación de calor puede limitar la fuerza de empuje a niveles inferiores a los de motores con núcleo de hierro comparables, pero algunos fabricantes solucionan este problema con geometrías innovadoras de canales y bobinas primarias.

Los cortos tiempos de estabilización mejoran aún más la dinámica de los motores lineales sin núcleo de hierro, permitiendo movimientos rápidos y precisos. La ausencia de fuerzas de atracción inherentes entre el núcleo primario y el secundario facilita el montaje de estos motores en comparación con los motores con núcleo de hierro. Además, sus cojinetes de soporte no están sujetos a fuerzas magnéticas, por lo que suelen tener una mayor vida útil.

Cabe destacar que los motores lineales presentan problemas en ejes verticales y en entornos adversos. Esto se debe a que, sin algún tipo de frenado o contrapeso, los motores lineales (que son inherentemente sin contacto) permiten que las cargas se caigan durante los cortes de energía.

Además, algunos entornos hostiles pueden generar polvo y virutas que se adhieren a los motores lineales, especialmente en operaciones de mecanizado de piezas metálicas. En estos casos, los motores lineales con núcleo de hierro (y su guía magnética) son los más vulnerables. Algunos actuadores incorporan motores lineales con o sin núcleo de hierro y un diseño a prueba de polvo para funcionar en dichos entornos. Este último elimina los problemas asociados con los fuelles que tradicionalmente protegen los ejes lineales.

¿Cuándo elegir actuadores de motor lineal integrados?
La transmisión directa de los actuadores de motor lineal aumenta la productividad y la dinámica del sistema en una gran variedad de aplicaciones industriales. Algunos actuadores basados ​​en motores lineales también incluyen codificadores para la retroalimentación de posición, lo que facilita su uso, incluso en comparación con los sistemas basados ​​en correas y husillos de bolas. Algunos de estos actuadores integran estrechamente el motor lineal, la guía y el codificador óptico (o magnético) para aumentar aún más la densidad de potencia.

En algunos actuadores, el codificador se instala horizontalmente, por lo que su posición no se ve afectada por impactos externos. Algunos de estos sistemas pueden alcanzar velocidades de hasta 6 m/s con una aceleración de hasta 60 m/s² utilizando una entrada de 230 V CA. Es posible fabricar módulos con recorridos superiores a dos metros. Las configuraciones estándar suelen incluir un codificador magnético para la retroalimentación de posición, aunque también se ofrecen codificadores ópticos para mayor precisión. Otras opciones incluyen sistemas de múltiples deslizadores, así como sistemas XY y de pórtico completos.

En comparación con los módulos de husillo de bolas tradicionales, los actuadores basados ​​en motores lineales ofrecen mayor precisión y velocidad, incluso en diversas condiciones de empuje, gracias a su accionamiento directo. Una mayor integración también aumenta la productividad y la fiabilidad. Algunos de estos actuadores incluyen el propio motor lineal, una base y una guía lineal ancha que soporta un deslizador de aluminio y una escala óptica para la retroalimentación de posición. Cuando el motor lineal no tiene núcleo de hierro, puede combinarse con un deslizador de aluminio para formar un diseño ligero que acelera rápidamente.

Algunos actuadores lineales compactos también incluyen deslizadores con almohadillas de lubricación integradas para una lubricación ecológica. En estos casos, los extremos de los bloques de guía cuentan con inyectores de grasa herméticamente sellados que lubrican la pista de rodadura mediante la circulación de bolas de acero. En algunos casos, las almohadillas de lubricación opcionales proporcionan lubricación adicional para un funcionamiento prolongado con menor mantenimiento, especialmente en ejes de recorrido corto.

Los motores lineales sin núcleo de hierro integrados en algunos actuadores evitan el efecto de retención magnética, lo que permite que el eje realice movimientos estables tanto a baja como a alta velocidad. En algunos diseños, la repetibilidad con un codificador lineal óptico es de 2 mm. Algunos actuadores incluso están disponibles con recorridos de 152 a 1490 mm y una rectitud de 6 a 30 mm.

Ejemplo especial: Aplicaciones en salas blancas
Una última opción, especialmente adecuada para aplicaciones con carreras cortas y altas frecuencias de ciclo, son los actuadores de motor lineal, cuyas partes móviles son los imanes y el riel. En este caso, no hay problemas con cables móviles que provoquen desconexiones. Tampoco hay problemas con entornos polvorientos. De hecho, los actuadores funcionan bien en entornos de vacío y salas blancas. Esto se debe a que las bobinas son fijas, por lo que el calor se disipa fácilmente hacia las estructuras de montaje. Algunos de estos actuadores de motor lineal generan una fuerza continua de hasta 94,2 o 188,3 N y una fuerza máxima de hasta 242,1 o 484,2 N, y admiten una corriente continua de 3,5, 7 o 14 A, según la versión. Las carreras alcanzan los 430 mm.

Parámetros para especificar las etapas del motor lineal
Al especificar actuadores o etapas basados ​​en motores lineales, tenga en cuenta los siguientes criterios para cada parte del perfil de movimiento del diseño:

• ¿Cuál es la condición de movimiento conocida?
• ¿Cuál es la masa de la carga, la masa del sistema, la carrera efectiva, el tiempo de movimiento y el tiempo de permanencia?
• ¿Cuáles son las condiciones de funcionamiento, la tensión de salida máxima, la corriente continua y la corriente pico?
• ¿Qué tipo de resolución de codificador necesita la configuración? ¿Debe ser analógica o digital?
• ¿En qué tipo de entorno de trabajo funcionará el actuador o la plataforma? ¿Cuál será la temperatura ambiente? ¿La máquina estará sometida a vacío o a condiciones de sala limpia?
• ¿Cuáles son los requisitos de la aplicación en cuanto a precisión de movimiento y exactitud de posicionamiento?
• ¿El actuador o plataforma del motor lineal moverá las cargas horizontalmente, verticalmente o en ángulo? ¿El sistema se montará en una pared? ¿Está sujeto a limitaciones de espacio?

Responder a estas preguntas ayudará a los ingenieros de diseño a identificar la versión más adecuada del motor lineal para una determinada pieza de maquinaria.