I motori lineari offrono una potenza superiore, quindi eccellono nelle apparecchiature medicali, nell'automazione industriale, nel packaging e nella produzione di semiconduttori. Inoltre, i nuovi motori lineari affrontano i costi, il calore e la complessità di integrazione delle prime versioni. In sintesi, i motori lineari includono una bobina (parte primaria o forzante) e una piattaforma fissa, talvolta chiamata piastra o secondario. Esistono numerosi sottotipi, ma i due più comuni per l'automazione sono i motori lineari brushless ironcore e ironless.

I motori lineari generalmente superano in prestazioni gli azionamenti meccanici. Hanno lunghezze illimitate. Senza l'elasticità e il gioco tipici delle configurazioni meccaniche, precisione e ripetibilità sono elevate e rimangono tali per tutta la vita utile della macchina. Infatti, solo i cuscinetti di guida di un motore lineare necessitano di manutenzione; tutti gli altri sottocomponenti sono esenti da usura.

Dove eccellono i motori lineari Ironcore
I motori lineari Ironcore hanno avvolgimenti primari attorno a un nucleo di ferro. Il secondario è solitamente una pista magnetica fissa. I motori lineari Ironcore funzionano bene nello stampaggio a iniezione, nelle macchine utensili e nelle presse perché generano un'elevata forza continua. Un problema è che i motori lineari Ironcore possono presentare un effetto di "cogging", poiché l'attrazione magnetica del secondario sul primario varia durante l'attraversamento della pista magnetica. La causa di questo fenomeno è la forza di arresto. I produttori affrontano il problema del "cogging" in diversi modi, ma è problematico quando l'obiettivo principale è la fluidità delle corse.

Ciononostante, i vantaggi dei motori lineari con nucleo in ferro abbondano. Un accoppiamento magnetico più forte (tra i magneti del nucleo in ferro e quelli dello statore) garantisce un'elevata densità di forza. Pertanto, i motori lineari con nucleo in ferro offrono una forza in uscita maggiore rispetto ai motori lineari senza ferro comparabili. Inoltre, questi motori dissipano molto calore perché il nucleo in ferro disperde il calore generato dalle bobine durante il funzionamento, riducendo la resistenza termica tra bobina e ambiente in modo più efficace rispetto ai motori senza ferro. Infine, questi motori sono facili da integrare perché il forcer e lo statore sono direttamente rivolti l'uno verso l'altro.

Motori lineari senza ferro per corse rapide
I motori lineari ironless non hanno ferro nel nucleo primario, quindi sono più leggeri e generano un movimento più dinamico. Le bobine sono integrate in una piastra epossidica. La maggior parte dei motori lineari ironless presenta piste a U rivestite internamente da magneti. L'accumulo di calore può limitare le forze di spinta a valori inferiori a quelli di motori con nucleo in ferro comparabili, ma alcuni produttori risolvono questo problema con geometrie innovative del canale e del primario.

I brevi tempi di assestamento migliorano ulteriormente la dinamica dei motori lineari ironless, consentendo movimenti rapidi e precisi. L'assenza di forze attrattive intrinseche tra il primario e il secondario significa che i motori lineari ironless sono anche più facili da assemblare rispetto ai motori ironcore. Inoltre, i loro cuscinetti di supporto non sono soggetti a forze magnetiche, quindi solitamente durano più a lungo.

Si noti che i motori lineari presentano problemi sugli assi verticali e in ambienti difficili. Questo perché, senza un sistema di frenatura o contrappeso, i motori lineari (che sono intrinsecamente senza contatto) lasciano cadere i carichi in caso di mancanza di alimentazione.

Inoltre, alcuni ambienti difficili possono generare polvere e trucioli che si attaccano ai motori lineari, soprattutto nelle operazioni di lavorazione di componenti metallici. In questo caso, i motori lineari con nucleo in ferro (e le loro piste riempite di magneti) sono particolarmente vulnerabili. Alcuni attuatori incorporano motori lineari con nucleo in ferro o senza ferro e un design antipolvere per funzionare in tali ambienti. Quest'ultimo elimina i problemi associati ai soffietti che tradizionalmente proteggono gli assi lineari.

Quando scegliere gli attuatori con motore lineare integrato
La natura a trasmissione diretta degli attuatori con motore lineare aumenta la produttività e la dinamica del sistema in una miriade di applicazioni industriali. Alcuni attuatori basati su motore lineare includono anche encoder per il feedback di posizione... per rendere i motori lineari facili da usare, persino rispetto ai sistemi a cinghia e vite a ricircolo di sfere. Alcuni di questi attuatori integrano strettamente il motore lineare, la guida e l'encoder ottico (o magnetico) per aumentare ulteriormente la densità di potenza.

L'encoder in alcuni attuatori viene installato orizzontalmente in modo che la sua posizione non sia influenzata da impatti esterni. Alcune di queste configurazioni possono raggiungere velocità di 6 m/sec con accelerazione fino a 60 m/sec² utilizzando un ingresso a 230 V CA. Sono possibili moduli con corse superiori a due metri. Le soluzioni standard includono solitamente un encoder magnetico per il feedback di posizione, sebbene siano disponibili encoder ottici per una maggiore precisione. Altre opzioni includono configurazioni multi-slider e sistemi XY e a portale completi.

Rispetto ai tradizionali moduli a vite a sfere, gli attuatori basati su motore lineare offrono maggiore precisione e velocità, anche in numerose condizioni di spinta, grazie all'azionamento diretto. Una maggiore integrazione aumenta anche la produttività e l'affidabilità. Alcuni di questi attuatori includono il motore lineare stesso, una base e un'ampia guida lineare che supporta un cursore in alluminio e una scala ottica per il feedback di posizione. Nei casi in cui il motore lineare è ironless, può essere abbinato a un cursore in alluminio per formare un design leggero che accelera rapidamente.

Alcuni attuatori lineari compatti includono anche cursori con pastiglie di lubrificazione integrate per una lubrificazione ecocompatibile. In questo caso, le estremità dei pattini sono dotate di iniettori di grasso ermeticamente sigillati per la lubrificazione delle piste di rotolamento tramite la circolazione di sfere in acciaio. In alcuni casi, pastiglie di lubrificazione opzionali aggiungono lubrificazione per un funzionamento a lungo termine con minore manutenzione, soprattutto su assi con corse brevi.

I motori lineari ironless all'interno di alcuni attuatori non presentano inoltre cogging, consentendo all'asse di eseguire movimenti stabili sia in caso di movimenti lenti che rapidi. In alcuni modelli, la ripetibilità con un encoder lineare ottico è di 2 mm. Alcuni attuatori sono disponibili anche con corse da 152 a 1.490 mm e rettilineità da 6 a 30 mm.

Esempio speciale: applicazioni in camera bianca
Un'ultima opzione particolarmente adatta per applicazioni con corse brevi e cicli elevati sono gli attuatori con motore lineare in cui le parti mobili sono i magneti e la rotaia. In questo caso, non ci sono problemi di cavi in ​​movimento che causano disconnessioni. Né ci sono problemi in ambienti polverosi. Infatti, gli attuatori funzionano bene in ambienti sotto vuoto e camere bianche. Questo perché le bobine sono fisse, quindi il calore si dissipa facilmente alle strutture di montaggio. Alcuni di questi attuatori con motore lineare generano una forza continua di 94,2 o 188,3 N e una forza di picco di 242,1 o 484,2 N, accettando una corrente continua di 3,5, 7 o 14 A a seconda della versione. Le corse raggiungono i 430 mm.

Parametri per specificare le fasi del motore lineare
Quando si specificano attuatori o stadi basati su motori lineari, considerare i seguenti criteri per ciascuna parte del profilo di movimento del progetto:

• Qual è la condizione di movimento nota?
• Quali sono la massa del carico, la massa del sistema, la corsa effettiva, il tempo di spostamento e il tempo di permanenza?
• Quali sono le condizioni di azionamento, la tensione di uscita massima, la corrente continua e di picco?
• Che tipo di risoluzione dell'encoder richiede la configurazione? Deve essere analogica o digitale?
• In quale tipo di ambiente di lavoro funzionerà l'attuatore o la piattaforma? Quale sarà la temperatura ambiente? La macchina sarà sottoposta a condizioni di vuoto o di camera bianca?
• Quali sono i requisiti dell'applicazione in termini di precisione del movimento e accuratezza del posizionamento?
• L'attuatore o il tavolo con motore lineare sposteranno i carichi orizzontalmente, verticalmente o in diagonale? La configurazione verrà montata a parete? È soggetta a vincoli di spazio?

Rispondere a queste domande aiuterà gli ingegneri progettisti a identificare l'iterazione del motore lineare più appropriata per un determinato macchinario.