Los motores lineales ofrecen una salida superior, por lo que destacan en equipos médicos, automatización industrial, empaquetado y fabricación de semiconductores. Además, los nuevos motores lineales abordan el costo, el calor y la complejidad de integración de las versiones anteriores. A modo de resumen, los motores lineales incluyen una bobina (parte principal o forzador) y una plataforma estacionaria, a veces denominada platina o secundario. Existen numerosos subtipos, pero los dos más comunes para la automatización son los motores lineales con núcleo de hierro y los motores lineales sin hierro sin escobillas.

Los motores lineales generalmente superan a los accionamientos mecánicos. Su longitud es ilimitada. Sin la elasticidad ni el juego de las configuraciones mecánicas, la precisión y la repetibilidad son altas y se mantienen así durante toda la vida útil de la máquina. De hecho, solo los rodamientos de guía de un motor lineal requieren mantenimiento; todos los demás subcomponentes no sufren desgaste.

Dónde sobresalen los motores lineales con núcleo de hierro
Los motores lineales con núcleo de hierro tienen bobinas primarias alrededor de un núcleo de hierro. La bobina secundaria suele ser una pista magnética estacionaria. Los motores lineales con núcleo de hierro funcionan bien en máquinas de moldeo por inyección, máquinas herramienta y prensas gracias a su alta fuerza continua. Una desventaja es que los motores lineales con núcleo de hierro pueden presentar dentado, ya que la atracción magnética del secundario sobre el primario varía a medida que este recorre la pista magnética. La fuerza de retención es la causa. Los fabricantes abordan el dentado de diversas maneras, pero es problemático cuando el objetivo principal es obtener carreras suaves.

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

Motores lineales sin hierro para carreras rápidas
Los motores lineales sin hierro no contienen hierro en su núcleo primario, por lo que son más ligeros y generan un movimiento más dinámico. Las bobinas están integradas en una placa de epoxi. La mayoría de los motores lineales sin hierro tienen pistas en forma de U revestidas con imanes en las superficies internas. La acumulación de calor puede limitar las fuerzas de empuje a valores inferiores a los de motores con núcleo de hierro comparables, pero algunos fabricantes solucionan este problema con una geometría innovadora de canal y núcleo.

Los cortos tiempos de asentamiento mejoran aún más la dinámica de los motores lineales sin hierro, lo que permite movimientos rápidos y precisos. La ausencia de fuerzas de atracción inherentes entre el primario y el secundario significa que los motores lineales sin hierro también son más fáciles de ensamblar que los motores con núcleo de hierro. Además, sus cojinetes de soporte no están sujetos a fuerzas magnéticas, por lo que suelen durar más.

Tenga en cuenta que los motores lineales presentan problemas en ejes verticales y entornos hostiles. Esto se debe a que, sin frenado ni contrapeso, los motores lineales (que son inherentemente sin contacto) permiten que las cargas caigan durante las situaciones de corte 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 sus pistas magnéticas) son los más vulnerables. Algunos actuadores incorporan motores lineales con núcleo de hierro o sin hierro y un diseño a prueba de polvo para funcionar en estos entornos. Esto último elimina los problemas asociados con los fuelles que tradicionalmente protegen los ejes lineales.

Cuándo elegir actuadores de motor lineal integrados
La naturaleza de accionamiento directo de los actuadores con motor lineal mejora 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 perfectamente el motor lineal, la guía y el codificador óptico (o magnético) para aumentar aún más la densidad de potencia.

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

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 al accionamiento directo. Una integración más estrecha 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 la posición. Si el motor lineal no tiene hierro, puede combinarse con un deslizador de aluminio para formar un diseño ligero que acelera rápidamente.

Algunos actuadores compactos de motor lineal también incluyen deslizadores con almohadillas de lubricación integradas para una lubricación ecológica. En este caso, los extremos del patín incorporan inyectores de grasa herméticamente sellados que lubrican las pistas mediante la circulación de bolas de acero. En algunos casos, las almohadillas de lubricación opcionales añaden lubricación para un funcionamiento a largo plazo con menor mantenimiento, especialmente en ejes de carrera corta.

Los motores lineales sin hierro de algunos actuadores tampoco presentan dentado, lo que permite que el eje se mueva de forma estable 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 carreras de 152 a 1490 mm y rectitud de 6 a 30 mm.

Ejemplo especial: aplicaciones en salas blancas
Una última opción, especialmente adecuada para aplicaciones con carreras cortas y ciclos altos, son los actuadores de motor lineal, cuyas partes móviles son los imanes y el riel. En este caso, no existen problemas con cables móviles que provoquen desconexiones. Tampoco existen problemas en 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 a las estructuras de montaje. Algunos de estos actuadores de motor lineal generan una fuerza continua de 94,2 o 188,3 N y una fuerza pico de 242,1 o 484,2 N, aceptando una corriente continua de 3,5, 7 o 14 A, según la versión. Las carreras alcanzan los 430 mm.

Parámetros para especificar etapas de motor lineal
Al especificar actuadores o etapas basados ​​en motores lineales, considere 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, el recorrido efectivo, el tiempo de movimiento y el tiempo de permanencia?
• ¿Cuál es la condición del variador, el voltaje de salida máximo y la corriente continua y 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 platina? ¿Cuál será la temperatura ambiente? ¿La máquina estará expuesta al vacío o a condiciones de sala limpia?
• ¿Cuáles son los requisitos de la aplicación en cuanto a precisión de movimiento y precisión de posicionamiento?
¿El actuador o la plataforma de motor lineal moverán cargas horizontal, vertical o en ángulo? ¿Se puede montar el sistema en la pared? ¿Hay limitaciones de espacio?

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