I motori lineari offrono prestazioni superiori, eccellendo quindi in applicazioni quali apparecchiature mediche, automazione industriale, confezionamento e produzione di semiconduttori. Inoltre, i nuovi motori lineari risolvono i problemi di costi, calore e complessità di integrazione delle versioni precedenti. Ricapitolando, i motori lineari sono composti da una bobina (parte primaria o forzatrice) e da una piattaforma fissa, talvolta chiamata piastra o secondaria. Esistono numerose sottocategorie, ma le due più comuni per l'automazione sono i motori lineari brushless con nucleo in ferro e i motori lineari senza ferro.

I motori lineari generalmente offrono prestazioni superiori rispetto agli azionamenti meccanici. Hanno lunghezze illimitate. Senza l'elasticità e il gioco tipici dei sistemi meccanici, la precisione e la ripetibilità sono elevate e rimangono tali per tutta la durata della macchina. Infatti, solo i cuscinetti di guida di un motore lineare necessitano di manutenzione; tutti gli altri componenti sono esenti da usura.

Dove i motori lineari con nucleo in ferro eccellono
I motori lineari a nucleo di ferro hanno un avvolgimento primario avvolto attorno a un nucleo di ferro. L'avvolgimento secondario è solitamente costituito da una pista magnetica fissa. I motori lineari a nucleo di ferro sono adatti per lo stampaggio a iniezione, le macchine utensili e le presse perché erogano una forza elevata e continua. Un inconveniente è che i motori lineari a nucleo di ferro possono presentare il fenomeno del "cogging", poiché l'attrazione magnetica del secondario sul primario varia durante lo spostamento lungo la pista magnetica. La causa è da ricercarsi nella forza di arresto. I produttori affrontano il problema del cogging in diversi modi, ma risulta problematico laddove l'obiettivo principale è la fluidità della corsa.

Ciononostante, i vantaggi dei motori lineari con nucleo in ferro sono numerosi. Un accoppiamento magnetico più forte (tra il nucleo in ferro e i magneti dello statore) si traduce in un'elevata densità di forza. Pertanto, i motori lineari con nucleo in ferro hanno una forza in uscita superiore rispetto a motori lineari senza nucleo in ferro di pari caratteristiche. Inoltre, questi motori dissipano molto calore perché il nucleo in ferro disperde il calore generato dall'avvolgimento durante il funzionamento, riducendo la resistenza termica tra l'avvolgimento e l'ambiente in modo più efficace rispetto ai motori senza nucleo in ferro. Infine, questi motori sono facili da integrare poiché il generatore e lo statore sono direttamente uno di fronte all'altro.

Motori lineari senza ferro per corse rapide
I motori lineari senza ferro non hanno ferro nel nucleo primario, quindi sono più leggeri e in grado di generare un movimento più dinamico. Gli avvolgimenti sono incorporati in una piastra di resina epossidica. La maggior parte dei motori lineari senza ferro presenta piste a forma di U rivestite internamente da magneti. L'accumulo di calore può limitare la forza di spinta a valori inferiori rispetto a quelli dei motori con nucleo in ferro di pari caratteristiche, ma alcuni produttori risolvono questo problema con geometrie innovative del canale e del nucleo primario.

I tempi di assestamento ridotti migliorano ulteriormente la dinamica dei motori lineari senza nucleo di ferro, consentendo movimenti rapidi e precisi. L'assenza di forze attrattive intrinseche tra primario e secondario rende i motori lineari senza nucleo di ferro più facili da assemblare rispetto ai motori con nucleo di ferro. Inoltre, i loro cuscinetti di supporto non sono soggetti a forze magnetiche, quindi in genere 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 un contrappeso, i motori lineari (che sono intrinsecamente senza contatto) lasciano cadere i carichi in caso di interruzione di corrente.

Inoltre, alcuni ambienti difficili possono generare polvere e trucioli che si depositano sui motori lineari, soprattutto nelle operazioni di lavorazione di componenti metallici. In questi casi, i motori lineari con nucleo in ferro (e le relative guide riempite di magneti) sono i più vulnerabili. Alcuni attuatori integrano motori lineari con nucleo in ferro o senza nucleo in ferro e un design antipolvere per poter operare in tali ambienti. Quest'ultima soluzione elimina i problemi associati ai soffietti che tradizionalmente proteggono gli assi lineari.

Quando scegliere attuatori con motore lineare integrato
La natura a trasmissione diretta degli attuatori a 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 di posizione, rendendo 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.

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

Rispetto ai tradizionali moduli a vite a ricircolo di sfere, gli attuatori basati su motori lineari offrono maggiore precisione e velocità, anche in diverse 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. Quando il motore lineare è privo di nucleo, può essere abbinato a un cursore in alluminio per formare un design leggero che accelera rapidamente.

Alcuni attuatori lineari compatti includono anche cursori con cuscinetti di lubrificazione integrati per una lubrificazione ecocompatibile. In questo caso, le estremità del blocco di scorrimento sono dotate di iniettori di grasso ermeticamente sigillati per fornire lubrificazione alla pista di rotolamento tramite la circolazione di sfere d'acciaio. In alcuni casi, i cuscinetti di lubrificazione opzionali aggiungono lubrificazione per un funzionamento a lungo termine con minore manutenzione, soprattutto sugli assi che effettuano corse brevi.

I motori lineari senza ferro presenti in alcuni attuatori non presentano effetto cogging, consentendo all'asse di effettuare movimenti stabili sia a velocità elevate che a basse velocità. In alcune configurazioni, la ripetibilità con un encoder lineare ottico raggiunge i 2 mm. Alcuni attuatori sono addirittura disponibili con corse da 152 a 1.490 mm e rettilineità da 6 a 30 mm.

Esempio specifico: applicazioni in camera bianca
Un'ultima opzione, particolarmente adatta ad applicazioni con corse brevi e cicli di lavoro elevati, è rappresentata dagli attuatori a motore lineare, in cui le parti mobili sono costituite da magneti e guide. In questo caso, non si verificano problemi di disconnessione dovuti a cavi in ​​movimento, né in ambienti polverosi. Anzi, gli attuatori funzionano bene anche in ambienti sottovuoto e camere bianche. Questo perché le bobine sono fisse, quindi il calore si dissipa facilmente verso le strutture di montaggio. Alcuni di questi attuatori a motore lineare erogano una forza continua di 94,2 o 188,3 N e una forza di picco di 242,1 o 484,2 N, con una 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, è necessario considerare i seguenti criteri per ciascuna parte del profilo di movimento del progetto:

• Qual è la condizione di moto nota?
• Quali sono la massa del carico, la massa del sistema, la corsa effettiva, il tempo di movimento e il tempo di sosta?
• Quali sono le condizioni di funzionamento, la tensione di uscita massima, la corrente continua e la corrente di picco?
• Di che tipo di risoluzione dell'encoder ha bisogno la configurazione? Deve essere analogica o digitale?
• In che tipo di ambiente di lavoro opererà l'attuatore o la piattaforma? Quale sarà la temperatura ambiente? La macchina sarà soggetta a condizioni di vuoto o camera bianca?
• Quali sono i requisiti dell'applicazione in termini di precisione del movimento e accuratezza del posizionamento?
• L'attuatore a motore lineare o la piattaforma sposteranno i carichi orizzontalmente, verticalmente o con un'angolazione? Il sistema si fisserà a una parete? È soggetto a vincoli di spazio?

Rispondere a queste domande aiuterà i progettisti a identificare la configurazione più appropriata del motore lineare per un determinato macchinario.