Estágios completos de motor linear – incluindo placa de base, motor linear, guias lineares, codificador e controles.

Os servomotores lineares de acionamento direto têm apresentado um aumento mensurável na adoção nos últimos anos, em parte graças às demandas dos usuários finais por maior rendimento e melhor precisão. E embora os motores lineares sejam mais frequentemente reconhecidos por sua capacidade de fornecer uma combinação de altas velocidades, cursos longos e excelente precisão de posicionamento, impossível com outros mecanismos de acionamento, eles também podem atingir movimentos extremamente lentos, suaves e precisos. De fato, a tecnologia de motores lineares oferece uma gama tão ampla de capacidades — força de impulso, velocidade, aceleração, precisão de posicionamento e repetibilidade — que existem poucas aplicações para as quais os motores lineares não sejam uma solução adequada.

As variações de motores lineares incluem servomotores lineares, motores de passo lineares, motores de indução lineares e motores lineares de tubo de empuxo. Quando um servomotor linear é a melhor opção para uma aplicação, aqui estão três fatores a serem considerados durante a seleção inicial do motor.

A consideração “primária”: núcleo de ferro ou sem ferro?
Os servomotores lineares de acionamento direto são encontrados em dois tipos principais: com núcleo de ferro ou sem ferro, dependendo se os enrolamentos na parte primária (análogos ao estator de um motor rotativo) são montados em uma pilha de laminação de ferro ou em epóxi. Decidir se a aplicação requer um motor linear com núcleo de ferro ou sem ferro é normalmente o primeiro passo no projeto e na seleção.

Motores lineares com núcleo de ferro são mais adequados para aplicações que exigem forças de empuxo extremamente altas. Isso ocorre porque a laminação da peça primária contém dentes (saliências) que focam o fluxo eletromagnético em direção aos ímãs da peça secundária (análogo ao rotor de um motor rotativo). Essa atração magnética entre o ferro da peça primária e os ímãs permanentes da peça secundária permite que o motor forneça forças elevadas.

Motores lineares sem ferro geralmente apresentam menor capacidade de força de empuxo, portanto, não são adequados para os requisitos de empuxo extremamente altos encontrados em aplicações como prensagem, usinagem ou moldagem. Mas se destacam em montagem e transporte em alta velocidade.

A desvantagem do projeto do núcleo de ferro é o desgaste, que degrada a suavidade do movimento. O desgaste ocorre porque o design ranhurado da peça primária faz com que ela tenha posições "preferenciais" ao se deslocar ao longo dos ímãs da peça secundária. Para superar a tendência da peça primária de se alinhar com os ímãs da secundária, o motor precisa produzir mais força, o que causa uma ondulação de velocidade — conhecida como desgaste. Essa variação de força e ondulação de velocidade degrada a suavidade do movimento, o que pode ser um problema significativo em aplicações onde a qualidade do movimento durante o deslocamento (não apenas a precisão do posicionamento final) é importante.

Existem vários métodos que os fabricantes utilizam para reduzir o desgaste. Uma abordagem comum é inclinar a posição dos ímãs (ou dos dentes), criando transições mais suaves à medida que os dentes primários se movem sobre os ímãs secundários. Um efeito semelhante pode ser obtido alterando o formato dos ímãs para um octógono alongado.

Outro método para reduzir o cogging é o enrolamento fracionado. Neste projeto, o primário contém mais dentes de laminação do que ímãs no secundário, e a pilha de laminação tem um formato especial. Juntas, essas duas modificações atuam para anular as forças de cogging. E, claro, o software sempre oferece uma solução. Algoritmos anticogging permitem que servoacionamentos e controladores ajustem a corrente fornecida ao primário para que as variações de força e velocidade sejam minimizadas.

Motores lineares sem ferro não sofrem desgaste, pois suas bobinas primárias são encapsuladas em epóxi, em vez de enroladas em uma lâmina de aço. E servomotores lineares sem ferro têm uma massa menor (o epóxi é mais leve, embora menos rígido, que o aço), permitindo que atinjam alguns dos maiores valores de aceleração, desaceleração e velocidade máxima encontrados em sistemas eletromecânicos. Os tempos de estabilização são tipicamente melhores (menores) para motores sem ferro do que para versões com núcleo de ferro. A ausência de aço no primário e a ausência associada de desgaste ou ondulação de velocidade também significam que os motores lineares sem ferro podem fornecer movimento muito lento e constante, normalmente com variação de velocidade inferior a 0,01%.

Qual o nível de integração?
Assim como os motores rotativos, os servomotores lineares são apenas um componente de um sistema de movimento. Um sistema de motor linear completo também requer rolamentos para suportar e guiar a carga, gerenciamento de cabos, feedback (tipicamente um encoder linear) e um servoacionamento e controlador. OEMs e fabricantes de máquinas altamente experientes, ou aqueles com requisitos de design ou desempenho muito específicos, podem construir um sistema completo com recursos internos e componentes prontos para uso de diversos fabricantes.

O projeto de sistemas de motores lineares é indiscutivelmente mais simples do que o projeto de sistemas baseados em correias, cremalheiras e pinhões ou parafusos. Há menos componentes e menos etapas de montagem que exigem muita mão de obra (sem alinhamento dos suportes dos fusos de esferas ou tensionamento das correias). Além disso, os motores lineares são sem contato, portanto, os projetistas não precisam se preocupar em providenciar lubrificação, ajustes ou outras manutenções da unidade de acionamento. Mas para os OEMs e fabricantes de máquinas que buscam uma solução completa, há uma infinidade de opções para atuadores completos acionados por motores lineares, estágios de alta precisão e até mesmo sistemas cartesianos e de pórtico.

O ambiente é adequado para um motor linear?
Motores lineares costumam ser a solução preferida em ambientes difíceis, como salas limpas e ambientes de vácuo, pois possuem menos peças móveis e podem ser combinados com praticamente qualquer tipo de guia linear ou sistema de gerenciamento de cabos para atender aos requisitos de geração de partículas, desgaseificação e temperatura da aplicação. E, em casos extremos, a parte secundária (trilha magnética) pode ser usada como parte móvel, com a parte primária (enrolamentos, incluindo cabos e sistema de gerenciamento de cabos) permanecendo estacionária.

Mas se o ambiente consistir em cavacos de metal, poeira metálica ou partículas metálicas, um servomotor linear pode não ser a melhor opção. Isso é especialmente verdadeiro para motores lineares com núcleo de ferro, pois seu design é inerentemente aberto, deixando a trilha magnética exposta à contaminação. O design semifechado dos motores lineares sem ferro oferece melhor proteção, mas deve-se tomar cuidado para garantir que a ranhura na parte secundária não seja diretamente exposta a fontes de contaminação. Existem opções de design para encapsular motores lineares com núcleo de ferro e sem ferro, mas elas podem reduzir a capacidade do motor de dissipar calor, potencialmente trocando um problema por outro.