I motori lineari possono ottenere alti tassi di accelerazione e lunghezze di viaggio lunghe con buone forze di spinta e accuratezze di posizionamento estremamente elevate, mentre altri meccanismi di guida, come cinture, viti o rack e pignoni, devono sacrificare almeno uno di questi requisiti per raggiungere i altri. Questo è il motivo per cui i motori lineari sono la scelta preferita per applicazioni altamente dinamiche come la metrologia e la produzione di semiconduttori.

In effetti, in base alle loro specifiche di prestazione, i motori lineari sembrano essere la soluzione perfetta per affrontare i requisiti concorrenti spesso presenti nelle applicazioni di movimento lineare. Ma questo solleva la domanda: "Perché i motori lineari non sono più ampiamente adottati?"

Per capire perché il tasso di adozione dei motori lineari è ancora in ritardo rispetto ad altre tecnologie di azionamento - come cinture, viti o unità di rack e pignone - diamo un'occhiata ad alcuni dei benefici e degli svantaggi dei progetti di motori lineari.

Generazione di calore e dissipazione

Quando size e si selezionano un motore - rotativo o lineare, una delle considerazioni primarie è il calore. In effetti, la coppia (o la forza) rispetto alle curve di velocità, che descrivono intervalli operativi continui e intermittenti per una determinata combinazione di guida motoria, si basano sulla capacità del motore di dissipare il calore in condizioni operative specificate.

La generazione di calore può essere ancora più problematica per i motori lineari di quanto non lo sia per i motori rotanti, poiché il carico è montato sul forcer, che contiene gli avvolgimenti del motore. (In alcuni progetti di motori lineari, il carico può essere montato sulla pista del magnete, sebbene ciò possa essere fattibile solo per i colpi corti.) E in motori lineari senza ferro, gli avvolgimenti sono incapsulati in epossidico, il che non dissipa il calore così prontamente come metalli come ferro o alluminio.

Ciò significa che il calore viene facilmente trasferito al carico e ai componenti circostanti, causando espansione termica, degrado o, in casi estremi, danni o fallimenti. Anche se il carico non è influenzato, l'accumulo di calore può ridurre la produzione di forza continua del motore. Per combattere questo, alcune applicazioni richiedono aria forzata o raffreddamento liquido, che aumenta il costo, l'impronta e la complessità.

Protezione dalla contaminazione

A causa del loro design aperto e dei magneti esposti, i motori lineari piatti, del nucleo di ferro e i design senza ferro a U-canale possono essere difficili da proteggere dalla contaminazione. Mentre le guide lineari di supporto possono essere protette con vari sigilli e raschiatori fuori dallo prelievo, i magneti esposti di un motore lineare possono attirare particelle ferrose dalle operazioni di lavorazione o semplicemente dalla contaminazione nell'aria spesso presenti negli ambienti manifatturieri e di fabbrica. E la contaminazione liquida può danneggiare l'elettronica sensibile o interferire con i sistemi di feedback.

Naturalmente, le coperture e le strutture esterne possono essere progettate per proteggere dalla contaminazione, ma possono rendere più difficile per il motore dissipare il calore, esacerbando i problemi legati al calore sopra descritti.

Compensare per vibrazioni e oscillazioni

Uno dei punti di vendita chiave di una soluzione motoria lineare è che elimina la necessità di componenti di trasmissione di potenza meccanica, come viti, cinture, cambi e accoppiamenti - tra il motore e il carico. Ciò significa che i motori lineari non soffrono degli effetti di contraccolpo, wintup e conformità, il che è un fattore importante nella loro capacità di ottenere accuratezze di posizionamento molto elevate ed eseguire mosse altamente dinamiche, con tassi di accelerazione e decelerazione rapidi.

Ma i componenti di trasmissione meccanica possono essere utili in un sistema di movimento fornendo un meccanismo di smorzamento per le oscillazioni e attenuando i disturbi, come le reazioni da forze di lavorazione o vibrazioni indotte dal movimento del carico. E senza questo effetto di smorzamento "integrato", le oscillazioni e le vibrazioni possono impedire ai motori lineari di raggiungere l'accuratezza del posizionamento desiderata o il tempo di assestamento.

Per garantire che il sistema possa reagire e apportare correzioni per gli effetti di queste vibrazioni e oscillazioni non strillate, i sistemi motori lineari spesso richiedono una velocità di frequenza più elevata, posizione e cicli di controllo della forza (forza) e una larghezza di banda del loop di corrente maggiore. Il sistema di feedback di posizione - in genere un encoder lineare ottico o magnetico - deve anche avere una risoluzione più elevata in modo che il controller possa tracciare in modo più accurato la posizione del motore e del carico. Anche il telaio della macchina o la struttura di supporto devono essere resi abbastanza rigidi (con una frequenza naturale elevata) per rimanere relativamente insensibile agli shock e alle vibrazioni e resistono alle forze generate dal motore lineare.

In altre parole, poiché ci sono meno componenti per aiutare a compensare le vibrazioni e i disturbi, i cicli di feedback e di controllo devono essere in grado di comunicare più velocemente e più accuratamente per il sistema per ottenere prestazioni dinamiche e ad alta accuratezza.

Costo iniziale rispetto al costo totale della proprietà

E infine, uno dei fattori limitanti chiave all'adozione diffusa di motori lineari continua ad essere il costo iniziale. Sebbene abbondino i confronti che dimostrano la minore proprietà totale del costo totale (TCO) di soluzioni motorie lineari rispetto alle tradizionali soluzioni di cinghia, vite o rack e pignoni in alcune applicazioni, il costo iniziale di un sistema motorio lineare è ancora una barriera a cui Adozione per ingegneri e designer che hanno il compito di soddisfare le specifiche di prestazione entro un budget limitato. Caso in questione: per applicazioni con lunghezze di viaggio molto lunghe-una delle aree in cui eccellono le soluzioni motorie-il costo dei magneti e gli encoder lineari ad alta risoluzione per soddisfare i requisiti di viaggio possono valutare una soluzione motoria lineare.

Le applicazioni non tradizionali guidano la crescita dei tassi di adozione del motore lineari

Nonostante le potenziali difficoltà poste dalla generazione di calore, dalla protezione dalla contaminazione, dai controlli ad alta larghezza di banda e dai costi, il tasso di adozione dei motori lineari sta crescendo. Una volta viste come soluzioni di nicchia per semiconduttori, metrologia e applicazioni di lavorazione per impieghi pesanti, il nucleo di ferro, i motori lineari senza ironia e tubolari sono ora utilizzate nelle applicazioni automobilistiche, alimentari e imballaggi e di stampa, in cui le mosse potrebbero non essere così impegnative o difficili I requisiti di accuratezza sono esigenti, ma dove i vantaggi di meno componenti, meno tempi di inattività e un rendimento maggiore giustificano le considerazioni di costo e progettazione aggiuntive.