I motori lineari offrono prestazioni superiori, quindi eccellono nelle apparecchiature mediche, nell'automazione industriale, nell'imballaggio e nella produzione di semiconduttori. Inoltre, i nuovi motori lineari risolvono il problema dei costi, del calore e della complessità di integrazione delle prime versioni. Per riassumere, i motori lineari includono una bobina (parte primaria o forzante) e una piattaforma fissa a volte chiamata piastra o secondaria. I sottotipi abbondano, ma i due più comuni per l'automazione sono i motori lineari ironless e ironless.

I motori lineari generalmente superano gli azionamenti meccanici. Hanno lunghezze illimitate. Senza l'elasticità e il gioco delle configurazioni meccaniche, la precisione e la ripetibilità sono elevate e rimangono tali per tutta la vita 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 bobine primarie attorno a un nucleo di ferro. Il secondario è solitamente una traccia magnetica stazionaria. I motori lineari Ironcore funzionano bene nello stampaggio a iniezione, nelle macchine utensili e nelle presse perché producono un'elevata forza continua. Un avvertimento è che i motori lineari con nucleo in ferro possono agganciarsi, perché l'attrazione magnetica del secondario sul primario varia mentre attraversa la pista magnetica. Qui la colpa è della forza di trattenimento. I produttori affrontano il problema del cogging in diversi modi, ma è problematico laddove l'obiettivo principale è la regolarità dei colpi.

Anche così, i vantaggi del motore lineare Ironcore abbondano. Un accoppiamento magnetico più forte (tra il nucleo di ferro e i magneti dello statore) garantisce un'elevata densità di forza. Pertanto, i motori lineari ironcore hanno una potenza in uscita maggiore rispetto ai motori lineari ironless comparabili. Inoltre, questi motori dissipano molto calore perché il nucleo in ferro disperde il calore generato dalla bobina durante il funzionamento, riducendo la resistenza termica tra bobina e ambiente meglio dei motori senza ferro. Infine, questi motori sono facili da integrare perché la forzante e lo statore sono direttamente uno di fronte all'altro.

Motori lineari ironless per corse veloci
I motori lineari senza ferro non hanno ferro nel primario, quindi sono più leggeri per produrre un movimento più dinamico. Le bobine sono incorporate in una piastra epossidica. La maggior parte dei motori lineari senza ferro hanno piste a forma di U rivestite sulle superfici interne con magneti. L'accumulo di calore può limitare le forze di spinta a un livello inferiore a quello dei motori Ironcore comparabili, ma alcuni produttori affrontano questo problema con canali e geometrie primarie innovativi.

I brevi tempi di assestamento aumentano ulteriormente la dinamica dei motori lineari ironless per eseguire movimenti rapidi e precisi. L'assenza di forze attrattive intrinseche tra il motore primario e quello secondario fa sì che i motori lineari senza ferro siano anche più facili da assemblare rispetto ai motori con nucleo ferroso. Inoltre i 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 freni o contrappesi, i motori lineari (che sono intrinsecamente senza contatto) lasciano cadere i carichi durante le situazioni di spegnimento.

Inoltre, alcuni ambienti difficili possono generare polvere e trucioli che si attaccano ai motori lineari, soprattutto nelle operazioni di lavorazione di parti metalliche. In questo caso, i motori lineari Ironcore (e la loro pista piena di magneti) sono i più vulnerabili. Alcuni attuatori incorporano motori lineari ironcore o ironless 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 per motori lineari integrati
La natura ad azionamento diretto degli attuatori con motore lineare aumenta la produttività e la dinamica del sistema per una miriade di applicazioni industriali. Alcuni attuatori basati su motori lineari includono anche encoder per il feedback della posizione... per rendere i motori lineari facili da usare, anche rispetto ai sistemi basati su cinghie e viti 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. Alcuni di questi dispositivi possono raggiungere una velocità di 6 m/sec con un'accelerazione fino a 60 m/sec2 utilizzando un ingresso da 230 Vca. Sono possibili moduli con corsa superiore a due metri. Le offerte standard solitamente includono un encoder magnetico per il feedback della posizione, sebbene siano disponibili encoder ottici per una maggiore precisione. Altre opzioni includono configurazioni multi-slider nonché sistemi XY e a portale completi.

Rispetto ai tradizionali moduli con vite a ricircolo di sfere, gli attuatori basati su motore lineare offrono precisione e velocità migliori, anche in molte condizioni di spinta, grazie all'azionamento diretto. Una più stretta 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 della posizione. Laddove il motore lineare non è dotato di ferro, può essere accoppiato con un cursore in alluminio per formare un design leggero che accelera rapidamente.

Alcuni attuatori compatti per motori lineari includono anche cursori con cuscinetti di lubrificazione integrati per una lubrificazione rispettosa dell'ambiente. Qui, le estremità dei pattini sono dotate di iniettori di grasso sigillati ermeticamente per fornire la lubrificazione delle piste tramite la circolazione delle sfere in acciaio. In alcuni casi, i cuscinetti di lubrificazione opzionali aggiungono lubrificazione per un funzionamento a lungo termine con minore manutenzione, soprattutto su assi che effettuano corse brevi.

Anche i motori lineari senza ferro all'interno di alcuni attuatori non presentano cogging, quindi l'asse può eseguire movimenti stabili quando si muove lentamente o velocemente. Con alcuni progetti, la ripetibilità con un encoder lineare ottico è di 2 mm. Alcuni attuatori sono disponibili anche con corse da 152 a 1.490 mm con rettilineità da 6 a 30 mm.

Esempio speciale: applicazioni per camere bianche
Un'ultima opzione particolarmente adatta per applicazioni con corse brevi e frequenze di ciclo elevate sono gli attuatori per motori lineari in cui le parti mobili sono i magneti e la guida. Qui non ci sono problemi con lo spostamento dei cavi che causano disconnessioni. Né ci sono problemi con gli 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 verso le strutture di montaggio. Alcuni di questi attuatori per motori lineari erogano una forza continua a 94,2 o 188,3 N e una forza di picco a 242,1 o 484,2 N, accettando corrente continua di 3,5, 7 o 14 A a seconda della versione. Le corse raggiungono i 430 mm.

Parametri per specificare gli stadi 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?
• Qual è la massa del carico, la massa del sistema, la corsa effettiva, il tempo di spostamento e il tempo di sosta?
• Quali sono le condizioni del convertitore, la tensione di uscita massima, la corrente continua e di picco?
• Che tipo di risoluzione dell'encoder è necessaria per l'installazione? Dovrebbe essere analogico o digitale?
• In che tipo di ambiente di lavoro funzionerà l'attuatore o il palco? Quale sarà la temperatura della stanza? La macchina sarà soggetta 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 del motore lineare o il tavolino sposteranno i carichi orizzontalmente, verticalmente o ad angolo? L'installazione verrà montata su una parete? È soggetto 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.