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 llamada 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. Su longitud es ilimitada. Al carecer de la elasticidad y la holgura 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 sus componentes no sufren desgaste.

Donde los motores lineales Ironcore destacan
Los motores lineales con núcleo de hierro tienen bobinas primarias alrededor de un núcleo de hierro. El secundario suele ser una pista magnética fija. Estos motores funcionan bien en moldeo por inyección, máquinas herramienta y prensas, ya que proporcionan una fuerza continua elevada. Sin embargo, pueden sufrir oscilaciones de engranaje, debido a que la atracción magnética del secundario sobre el primario varía a medida que este recorre la pista magnética. La fuerza de retención es la responsable de este fenómeno. Los fabricantes abordan las oscilaciones de engranaje de diversas maneras, pero resultan problemáticas cuando el objetivo principal es lograr carreras suaves.

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 estátor) proporciona 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 mucho 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 de forma más eficaz que en los motores sin núcleo de hierro. Finalmente, estos motores son fáciles de integrar, puesto que el actuador y el estátor se encuentran directamente enfrentados.

Motores lineales sin hierro para carreras rápidas
Los motores lineales sin núcleo de hierro carecen de hierro en su núcleo primario, por lo que son más ligeros y ofrecen un movimiento más dinámico. Las bobinas están integradas en una placa de epoxi. La mayoría de estos motores cuentan con pistas en forma de U revestidas con imanes en sus superficies internas. La acumulación de calor puede limitar la fuerza de empuje en comparación con los motores con núcleo de hierro, pero algunos fabricantes solucionan este problema con una geometría innovadora del canal y del núcleo primario.

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 los motores lineales sin núcleo de hierro 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 señalar que los motores lineales presentan problemas en ejes verticales y en entornos exigentes. 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 agresivos 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 pista 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 a 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 de sistemas en numerosas aplicaciones industriales. Algunos actuadores basados ​​en motores lineales también incluyen encoders 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 encoder óptico (o magnético) para aumentar aún más la densidad de potencia.

En algunos actuadores, el codificador se instala horizontalmente para que su posición no se vea 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 opciones estándar suelen incluir un codificador magnético para la retroalimentación de posición, aunque también se ofrecen codificadores ópticos para mayor precisión. Otras opciones incluyen configuraciones multideslizador, 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 integración más compacta 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 con una rápida aceleración.

Algunos actuadores lineales compactos también incluyen deslizadores con almohadillas de lubricación integradas para una lubricación respetuosa con el medio ambiente. En estos, los extremos del bloque de deslizamiento cuentan con inyectores de grasa herméticamente sellados para lubricar las pistas 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 con carreras cortas.

Los motores lineales sin hierro que incorporan algunos actuadores no presentan efecto de engranaje, 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 carreras 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, en los que las partes móviles son los imanes y el riel. En este caso, no existen problemas de desconexiones por cables sueltos. Tampoco hay inconvenientes en entornos con polvo. De hecho, los actuadores funcionan bien en entornos de vacío y salas blancas. Esto se debe a que las bobinas están fijas, por lo que el calor se disipa fácilmente hacia las estructuras de montaje. Algunos de estos actuadores de motor lineal proporcionan una fuerza continua de 94,2 o 188,3 N y una fuerza máxima de 242,1 o 484,2 N, con 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, considere los siguientes criterios para cada porción 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? ¿Estará la máquina expuesta a condiciones de vacío o de sala blanca?
• ¿Cuáles son los requisitos de la aplicación en cuanto a precisión de movimiento y exactitud de posicionamiento?
¿El actuador o la plataforma del motor lineal moverán las cargas horizontal, vertical o angularmente? ¿Se montará el sistema en la pared? ¿Está sujeto a limitaciones de espacio?

Responder a estas preguntas ayudará a los ingenieros de diseño a identificar la iteración de motor lineal más apropiada para una determinada máquina.