Um motor linear pode ser pensado como um servo motor rotativo desenrolado e colocado na horizontal para produzir um movimento fundamentalmente linear. Um atuador linear tradicional é um elemento mecânico que converte o movimento de rotação de um servo motor rotativo em deslocamento em linha reta. Os dois oferecem movimento linear, mas com características de desempenho e compensações muito diferentes. Não existe tecnologia superior ou inferior — a escolha de qual usar depende da aplicação. Vamos dar uma olhada mais de perto.

A regra geral para motores lineares é que eles se destacam em aplicações que exigem alta aceleração, altas velocidades ou alta precisão. Na metrologia de semicondutores, por exemplo, onde a resolução e o rendimento são críticos e até mesmo uma hora de inatividade pode custar dezenas de milhares de dólares, os motores lineares fornecem a solução ideal. Mas e uma situação menos exigente?

Um problema inicial com motores lineares foi a competitividade de custos. Os motores lineares requerem ímãs de terras raras, que apresentam um dos fatores limitantes do comprimento do curso. Claro, em teoria, os ímãs podem ser alinhados praticamente infinitamente, mas na realidade, além do desafio de garantir rigidez suficiente ao longo de um curso longo, os custos aumentam, especialmente para projetos de canal em U.

Os motores com núcleo de ferro podem gerar a mesma força usando ímãs menores do que o projeto sem ferro equivalente, portanto, se o músculo for o requisito principal e as especificações de desempenho forem relaxadas o suficiente para tolerar alguma perturbação da força dentada, resultando em posição dinâmica ou erros de velocidade, o núcleo de ferro poderia ser a melhor abordagem. Se os requisitos de desempenho forem ainda mais flexíveis, da ordem de mícrons em vez de nanômetros, talvez a combinação do atuador linear forneça o compromisso mais apropriado – escolha um atuador linear para embalagem de medicamentos, por exemplo, mas um motor linear para o sequenciamento de DNA da descoberta de medicamentos.

Duração da viagem
Embora existam muitas exceções, o comprimento de curso ideal para motores lineares varia de alguns milímetros a vários metros. Abaixo disso, uma alternativa como a flexão pode ser mais eficaz; acima, os acionamentos por correia e os designs de cremalheira e pinhão são provavelmente apostas melhores.

O comprimento do curso dos motores lineares é limitado não apenas pelo custo e pela estabilidade de montagem, mas também pela questão do gerenciamento de cabos. Para gerar movimento, o forçador deve estar energizado, o que significa que os cabos de alimentação precisam percorrer com ele todo o comprimento do curso. O cabo altamente flexível e as pistas que o acompanham são caros, e o fato de o cabeamento ser o maior ponto de falha no controle de movimento em geral complica ainda mais o problema.

É claro que a própria natureza dos motores lineares pode produzir uma solução inteligente para esse problema. Onde tivermos essas preocupações, montaremos o forçador na base estacionária e moveremos a trilha magnética. Dessa forma, todos os cabos chegam ao forçador estacionário. Você obtém um pouco menos de aceleração de um determinado motor porque não está acelerando uma bobina, mas sim uma pista magnética, que é mais pesada. Se você estivesse fazendo isso para obter G altos, isso não seria bom. Se você realmente não possui um aplicativo de alto G, esse pode ser um design muito bom.

Profeta cita servo motores lineares Aerotech com forças de pico variando de 28 a 900 lbs, mas aqui novamente, o design fundamental dos motores lineares se presta a soluções exclusivas que oferecem muito mais. Temos clientes que pegarão nossos maiores motores lineares, montarão seis deles e gerarão quase 6.000 libras de força. Você pode colocar vários forçadores em várias trilhas, fixá-los mecanicamente e depois comutá-los todos juntos para que atuem como um motor; ou você pode colocar vários forçadores no mesmo trilho magnético e montá-los no carro que segura a carga e tratá-los como um motor.

Como vivemos no mundo real e é impossível combinar exatamente a comutação, há uma penalidade de eficiência de alguns por cento para pagar por essa abordagem, mas ela ainda pode produzir a melhor solução geral para uma determinada aplicação.

Frente a frente
Do ponto de vista da força, como os motores lineares se comparam às combinações de motor rotativo/atuador linear? Há uma compensação de força significativa: comparamos um motor linear sem slot de 4 polegadas de largura e oito pólos com um produto acionado por parafuso de 4 polegadas de largura. Nosso motor linear de oito pólos tem uma força máxima de 40 libras (180 N) e uma força contínua de 11 libras (50 N). Neste mesmo perfil com um servo motor NEMA 23 e nosso produto acionado por parafuso, a carga axial máxima é de 200 libras, portanto, se você olhar dessa maneira, verá basicamente uma redução de 20 vezes na força contínua.

Os resultados reais irão variar dependendo do passo do parafuso, do diâmetro do parafuso, das bobinas do motor e do projeto do motor, ele é rápido em notar, e são limitados pelos rolamentos axiais que suportam o parafuso. O motor linear com núcleo de ferro de 13 polegadas de largura da empresa pode gerar 1.600 libras de força axial de pico em comparação com as 440 libras fornecidas por um produto acionado por parafuso de 6 polegadas de largura, por exemplo, mas a quantidade de espaço cedido é considerável.

Parafraseando um slogan político, é a aplicação, estúpido. Se a densidade de força for a principal preocupação, então um atuador é provavelmente a melhor escolha. Se a aplicação exigir capacidade de resposta, por exemplo, em uma aplicação de alta precisão e alta aceleração, como a inspeção LCD, vale a pena compensar a pegada pela força para obter o desempenho necessário.

Mantendo-o limpo
A contaminação é um problema importante para o controle de movimento em ambientes de fabricação e os motores lineares não são exceção. Um grande problema com o projeto de motor linear padrão é a exposição à contaminação, como partículas sólidas ou umidade. Isto é verdade para projetos de “base plana” e menos problemático para projetos [canal U].

É muito difícil selar completamente a solução. Você não quer estar em um ambiente com muita umidade. Se você vai colocar um motor linear em uma aplicação de corte por jato de água, você tem que colocar pressão positiva nele e certificar-se de que ele esteja bem protegido porque a eletrônica do motor linear está ali com a atuação.

No caso de projetos de canal em U, inverter o U pode minimizar a chance de partículas entrarem no canal, mas isso cria problemas de gerenciamento térmico que podem comprometer o desempenho como resultado do movimento da massa do trilho magnético versus o movimento da massa do forçador . Novamente, é uma troca e, novamente, o aplicativo impulsiona o uso.

Não é apenas o ambiente que pode afetar o motor linear – o motor linear pode criar problemas com o meio ambiente. Ao contrário dos designs rotativos, os grandes ímãs em unidades lineares podem causar estragos em ambientes magneticamente sensíveis, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética (MRI). Pode até ser um problema em aplicações mais prosaicas, como corte de metal. Você obtém esses ímãs de alta força que tentam puxar cada um desses chips de metal para a trilha magnética, de modo que os motores lineares não funcionarão bem nesses tipos de aplicações sem a proteção adequada.

Sobre esses aplicativos…
Então, onde está o ponto ideal de aplicação para motores lineares? Metrologia, para começar, em áreas como fabricação de semicondutores, LED e LCD. A impressão digital de grandes cartazes também é um mercado em crescimento, assim como o setor biomédico e até mesmo a fabricação de pequenas peças. Nossos clientes organizam pares de motores lineares em configurações de pórtico para tarefas de montagem. Você deseja obter o máximo rendimento possível do produto, portanto, a alta aceleração e velocidade que você pode obter com esses motores são vantajosas. Uma coisa que temos feito ultimamente é a fabricação de células de combustível; o corte do estêncil é outra.