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Sebbene i motori lineari ironless siano utilizzati nelle applicazioni elettroniche e dei semiconduttori da più di un decennio, sono ancora considerati da molti progettisti e OEM come prodotti di “nicchia”. Ma la percezione dei motori lineari come soluzione costosa per applicazioni uniche sta lentamente cambiando, poiché sempre più industrie li stanno adottando come sostituti delle viti a ricircolo di sfere nelle applicazioni di imballaggio, assemblaggio e caricamento dei componenti. E mentre il costo della tecnologia dei motori lineari è diminuito negli ultimi dieci anni, la scelta tra un motore lineare e una vite a ricircolo di sfere deve tenere conto sia dei requisiti prestazionali dell'applicazione sia del costo totale di proprietà per tutta la vita della macchina o del sistema. Di seguito sono riportati alcuni dei parametri chiave da considerare quando si confronta e si sceglie tra viti a ricircolo di sfere e motori lineari.

Dove i motori lineari eccellono

Un motore lineare è essenzialmente un servomotore “srotolato”, dove il rotore con magneti permanenti diventa la parte stazionaria (chiamata anche secondaria), e lo statore diventa la parte mobile (chiamata anche primaria, o forzante), con bobine incapsulate da epossidico. Il vantaggio più riconosciuto dei motori lineari è l’assenza di parti in movimento, che consente loro di ottenere una precisione di posizionamento e una ripetibilità molto più elevate rispetto alle viti a ricircolo di sfere. Un altro vantaggio in termini di precisione di posizionamento è fornito dall'encoder. Mentre le viti a ricircolo di sfere utilizzano tipicamente un encoder rotativo montato sul motore per il feedback di posizione, i motori lineari utilizzano una scala lineare magnetica o ottica per il feedback di posizione. La scala lineare misura la posizione del carico, fornendo una lettura più accurata della posizione effettiva. Per applicazioni ad altissima precisione, questo feedback di posizione più accurato può fare la differenza tra una parte che soddisfa le specifiche e una che richiede rilavorazione o scarto.

Motore lineare rotativo

In un articolo precedente abbiamo discusso del compromesso tra velocità e distanza di spostamento nelle applicazioni con viti a ricircolo di sfere. Questa è un’altra area in cui i motori lineari offrono un vantaggio. La lunghezza di corsa consentita dei motori lineari è teoricamente illimitata, con altri componenti del sistema – cuscinetti lineari, gestione dei cavi ed encoder – che dettano la corsa massima. Allo stesso modo, la velocità e l'accelerazione massime dei motori lineari sono molto superiori a quelle delle viti a ricircolo di sfere, con valori tipici fino a 10 m/s di velocità e 10 g di accelerazione, a condizione che gli altri componenti del sistema siano dimensionati correttamente per soddisfare queste specifiche. Nonostante i limiti imposti da altri componenti del sistema, i motori lineari continuano a sovraperformare le viti a ricircolo di sfere in applicazioni che richiedono sia corse lunghe che velocità elevate. Hanno inoltre il vantaggio di consentire la movimentazione indipendente dei carrelli (primari) sulla stessa parte secondaria. Ciò è particolarmente utile in alcune applicazioni di imballaggio, in cui il materiale da confezionare deve essere compresso prima di essere inserito nel mezzo di imballaggio (si pensi ai pannolini confezionati all'interno di un sacchetto di plastica).

Fattori del costo totale di proprietà

Manutenzione e affidabilità sono criteri importanti nell'analisi del costo totale di proprietà e i motori lineari offrono numerosi vantaggi durante la vita del sistema. Innanzitutto, poiché non contengono parti meccaniche in movimento, i motori lineari stessi non richiedono manutenzione. Solo i cuscinetti di supporto lineare richiedono una lubrificazione periodica e molti cuscinetti sono ora offerti con opzioni di lubrificazione “a lungo termine” o “lubrificati a vita”. L'assenza di parti mobili nel sistema di azionamento migliora anche l'affidabilità, poiché non sono presenti elementi volventi, piste di cuscinetti o guarnizioni che si usurano e richiedono la sostituzione nel tempo.

Con qualsiasi sistema lineare, è importante considerare l'ambiente e la necessità di guarnizioni e coperture protettive. I motori lineari non fanno eccezione, poiché possono essere più difficili da racchiudere e proteggere rispetto ai tradizionali gruppi con viti a ricircolo di sfere. In molti casi, tuttavia, purché i cuscinetti lineari siano adeguatamente sigillati per l'ambiente di lavoro, i motori lineari possono resistere a una contaminazione più aggressiva rispetto alle viti a ricircolo di sfere.

Per i motori lineari, il fattore ambientale più critico è la temperatura. Poiché la resina epossidica utilizzata per incapsulare le bobine in un motore lineare senza ferro non dissipa facilmente il calore, potrebbe essere necessario il raffreddamento, tramite aria forzata o acqua, per mantenere una temperatura operativa accettabile sia per il motore che per la struttura di montaggio. Alcuni produttori utilizzano resine epossidiche con elevate capacità di dissipazione del calore, ma è importante controllare la dissipazione termica del motore e l'effetto che la temperatura avrà sulla forza disponibile del motore.

Sempre più settori e applicazioni richiedono corse lunghe, velocità elevate ed elevata precisione di posizionamento. Sebbene molti tipi di sistemi lineari possano soddisfare due di questi tre criteri, i motori lineari sono l’unica tecnologia in grado di fornirli tutti e tre senza compromessi. Poiché la produttività e il costo totale di proprietà diventano fattori decisivi nella selezione della tecnologia, i progettisti e gli OEM stanno acquisendo maggiore familiarità con le tecnologie dei motori lineari e aiutandoli a passare dallo status di “nicchia” a quello tradizionale, insieme a cinghie, cremagliere, pignoni e persino viti a ricircolo di sfere.