I motori lineari possono raggiungere elevate accelerazioni e lunghe corse con buone forze di spinta e un'altissima precisione di posizionamento, mentre altri meccanismi di azionamento, come cinghie, viti o cremagliere, devono sacrificare almeno uno di questi requisiti per poter soddisfare gli altri. Per questo motivo 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 prestazionali, i motori lineari sembrano essere la soluzione perfetta per soddisfare le esigenze contrastanti che spesso si riscontrano nelle applicazioni di movimento lineare. Ma questo solleva la domanda: "Perché i motori lineari non sono più diffusi?"

Per capire perché il tasso di adozione dei motori lineari è ancora inferiore rispetto ad altre tecnologie di azionamento, come cinghie, viti o cremagliere, analizziamo alcuni dei vantaggi e degli svantaggi dei diversi tipi di motori lineari.

Generazione e dissipazione del calore

Nella scelta e nel dimensionamento di un motore, sia esso rotativo o lineare, uno dei fattori principali da considerare è il calore. Infatti, le curve di coppia (o forza) in funzione della velocità, che rappresentano gli intervalli di funzionamento continuo e intermittente per una data combinazione motore-azionamento, 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 rispetto ai motori rotativi, poiché il carico è montato sul corpo motore, che contiene gli avvolgimenti del motore. (In alcuni modelli di motori lineari, il carico può essere montato sulla pista magnetica, sebbene ciò sia fattibile solo per corse brevi.) Inoltre, nei motori lineari senza ferro, gli avvolgimenti sono incapsulati in resina epossidica, che non dissipa il calore con la stessa facilità di metalli come il ferro o l'alluminio.

Questo significa che il calore si trasferisce facilmente al carico e ai componenti circostanti, causando dilatazione termica, degrado o, in casi estremi, danni o guasti. Anche se il carico non subisce variazioni, l'accumulo di calore può ridurre la forza erogata in modo continuo dal motore. Per ovviare a questo problema, alcune applicazioni richiedono il raffreddamento ad aria forzata o a liquido, il che aumenta i costi, l'ingombro e la complessità.

Protezione dalla contaminazione

A causa del loro design aperto e dei magneti esposti, i motori lineari con nucleo in ferro piatto e quelli senza nucleo in ferro a canale a U possono essere difficili da proteggere dalla contaminazione. Mentre le guide lineari di supporto possono essere protette con diverse guarnizioni e raschiatori standard, i magneti esposti di un motore lineare possono attrarre particelle ferrose derivanti dalle operazioni di lavorazione o semplicemente dalla contaminazione atmosferica, spesso presente negli ambienti di produzione e industriali. Inoltre, la contaminazione da liquidi può danneggiare i componenti elettronici sensibili o interferire con i sistemi di feedback.

Certo, coperture e strutture esterne possono essere progettate per proteggere dalla contaminazione, ma possono rendere più difficile la dissipazione del calore da parte del motore, aggravando i problemi termici descritti in precedenza.

Compensazione di vibrazioni e oscillazioni

Uno dei principali vantaggi di una soluzione con motore lineare è l'eliminazione della necessità di componenti meccanici per la trasmissione di potenza, come viti, cinghie, riduttori e giunti, tra il motore e il carico. Ciò significa che i motori lineari non risentono degli effetti di gioco, torsione e cedevolezza, un fattore determinante per la loro capacità di raggiungere elevatissime precisioni di posizionamento ed eseguire movimenti altamente dinamici, con rapide accelerazioni e decelerazioni.

Tuttavia, i componenti di trasmissione meccanica possono essere vantaggiosi in un sistema di movimento fornendo un meccanismo di smorzamento per le oscillazioni e attenuando i disturbi, come le reazioni dovute alle forze di lavorazione o le vibrazioni indotte dal movimento del carico. Senza questo effetto di smorzamento "integrato", oscillazioni e vibrazioni possono impedire ai motori lineari di raggiungere la precisione di posizionamento o il tempo di assestamento desiderati.

Per garantire che il sistema possa reagire e correggere gli effetti di queste vibrazioni e oscillazioni non smorzate, i sistemi con motori lineari spesso richiedono anelli di controllo di velocità, posizione e corrente (forza) a frequenza più elevata e una maggiore larghezza di banda dell'anello di corrente. Anche il sistema di retroazione di posizione, tipicamente un encoder lineare ottico o magnetico, deve avere una risoluzione più elevata in modo che il controllore possa tracciare con maggiore precisione la posizione del motore e del carico. Persino il telaio della macchina o la struttura di supporto devono essere sufficientemente rigidi (con un'elevata frequenza naturale) da rimanere relativamente insensibili a urti e vibrazioni e resistere alle forze generate dal motore lineare.

In altre parole, poiché vi sono meno componenti che contribuiscono a compensare vibrazioni e disturbi, i circuiti di feedback e di controllo devono essere in grado di comunicare più velocemente e con maggiore precisione affinché il sistema raggiunga prestazioni dinamiche e di elevata accuratezza.

Costo iniziale rispetto al costo totale di proprietà

Infine, uno dei principali fattori limitanti per la diffusione dei motori lineari continua ad essere il costo iniziale. Sebbene numerosi studi dimostrino il minor costo totale di proprietà (TCO) delle soluzioni con motori lineari rispetto alle tradizionali soluzioni a cinghia, vite o cremagliera in alcune applicazioni, il costo iniziale di un sistema a motore lineare rappresenta ancora un ostacolo per ingegneri e progettisti che devono soddisfare specifiche di prestazione entro un budget limitato. Ad esempio: per applicazioni con corse molto lunghe – uno dei settori in cui le soluzioni con motori lineari eccellono – il costo dei magneti e degli encoder lineari ad alta risoluzione necessari per soddisfare i requisiti di corsa può rendere una soluzione con motore lineare insostenibile.

Le applicazioni non tradizionali stimolano la crescita dei tassi di adozione dei motori lineari.

Nonostante le potenziali difficoltà legate alla generazione di calore, alla protezione dalla contaminazione, ai controlli ad alta larghezza di banda e ai costi, il tasso di adozione dei motori lineari è in crescita. Un tempo considerati soluzioni di nicchia per applicazioni nel settore dei semiconduttori, della metrologia e della lavorazione pesante, i motori lineari con nucleo in ferro, senza nucleo in ferro e tubolari sono ora utilizzati in applicazioni automobilistiche, alimentari e di imballaggio e nella stampa, dove i movimenti potrebbero non essere così complessi o i requisiti di precisione così stringenti, ma dove i vantaggi derivanti da un minor numero di componenti, minori tempi di inattività e una maggiore produttività giustificano i costi aggiuntivi e le considerazioni progettuali.