Um motor linear pode ser considerado um servomotor rotativo desenrolado e colocado na horizontal para produzir movimento fundamentalmente linear. Um atuador linear tradicional é um elemento mecânico que converte o movimento de rotação de um servomotor rotativo em movimento retilíneo. Ambos 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 analisar mais detalhadamente.

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

Um problema inicial com motores lineares era a competitividade de custos. Motores lineares requerem ímãs de terras raras, que representam 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 com canal em U.

Motores com núcleo de ferro podem gerar a mesma força usando ímãs menores do que o projeto equivalente sem ferro. Portanto, se a força for o principal requisito e as especificações de desempenho forem flexíveis o suficiente para tolerar alguma perturbação da força de engrenagem, resultando em erros dinâmicos de posição ou velocidade, o núcleo de ferro pode ser a melhor abordagem. Se os requisitos de desempenho forem ainda mais flexíveis, na ordem de mícrons em vez de nanômetros, talvez a combinação de atuadores lineares ofereça o compromisso mais adequado — 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 uma flexão pode ser mais eficaz; acima disso, acionamentos por correia e, em seguida, projetos de cremalheira e pinhão são provavelmente apostas mais acertadas.

O comprimento do curso dos motores lineares é limitado não apenas pelo custo e pela estabilidade de montagem, mas também pela questão do gerenciamento dos cabos. Para gerar movimento, a força precisa ser energizada, o que significa que os cabos de alimentação precisam acompanhá-la por todo o comprimento do curso. Cabos de alta flexibilidade e as respectivas canaletas são caros, e o fato de o cabeamento ser o principal ponto de falha no controle de movimento em geral complica ainda mais o problema.

É claro que a própria natureza dos motores lineares pode proporcionar uma solução inteligente para esse problema. Quando tivermos essas preocupações, montaremos a força na base estacionária e moveremos a trilha magnética. Dessa forma, todos os cabos chegarão à força estacionária. Você obtém um pouco menos de aceleração de um determinado motor porque não está acelerando uma bobina, mas sim uma trilha magnética, que é mais pesada. Se você estivesse fazendo isso para forças de gravidade altas, não seria bom. Se você realmente não tiver uma aplicação com forças de gravidade altas, este poderia ser um projeto muito bom.

Profeta cita servomotores lineares da Aerotech com forças de pico que variam de 12,7 a 400 kg, mas, novamente, o design fundamental dos motores lineares se presta a soluções exclusivas que oferecem muito mais. Temos clientes que pegam nossos maiores motores lineares, juntam seis deles e geram quase 2700 kg de força. Você pode colocar vários forçadores em várias pistas, fixá-los mecanicamente e, em seguida, comutá-los todos juntos para que atuem como um único motor; ou você pode colocar vários forçadores na mesma pista magnética e montá-los no carro que segura a carga e tratá-los como um único motor.

Como vivemos no mundo real e é impossível igualar a comutação exatamente, há uma perda de eficiência de alguns pontos percentuais a ser paga por essa abordagem, mas ela ainda pode resultar na melhor solução geral para uma determinada aplicação.

Cara a cara
Do ponto de vista da força, como os motores lineares se comparam às combinações de motor rotativo/atuador linear? Há uma compensação significativa de força: comparamos um motor linear sem ranhuras de oito polos e 10 cm de largura com um produto acionado por parafuso de 10 cm de largura. Nosso motor linear de oito polos tem uma força máxima de 180 N (40 lbs) e uma força contínua de 50 N (11 lbs). Neste mesmo perfil, com um servomotor NEMA 23 e nosso produto acionado por parafuso, a carga axial máxima é de 90 kg (200 lbs), portanto, se você analisar dessa forma, estará observando basicamente uma redução de 20 vezes na força contínua.

Os resultados reais variam dependendo do passo e do diâmetro do parafuso, das bobinas do motor e do projeto do motor, ele ressalta rapidamente, e são limitados pelos rolamentos axiais que sustentam o parafuso. O motor linear com núcleo de ferro de 13 polegadas de largura da empresa pode gerar 1600 libras de força axial máxima, 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 liberada é considerável.

Parafraseando um slogan político, o problema é a aplicação, estúpido. Se a densidade de força for a principal preocupação, um atuador provavelmente será a melhor escolha. Se a aplicação exigir responsividade, por exemplo, em uma aplicação de alta precisão e alta aceleração, como inspeção por LCD, a troca da área de cobertura pela força para obter o desempenho necessário vale a pena.

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

É muito difícil selar completamente a solução. Você não quer estar em um ambiente com alta umidade. Se você for instalar um motor linear em uma aplicação de corte por jato de água, precisará aplicar pressão positiva sobre ele e garantir que esteja bem protegido, pois a eletrônica do motor linear está presente junto com o acionamento.

No caso de projetos com 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 devido à movimentação da massa do trilho magnético em vez da massa da força. Novamente, é uma questão de compensação e, mais uma vez, a aplicação determina o uso.

Não é apenas o ambiente que pode afetar o motor linear — o motor linear pode criar problemas com o ambiente. Ao contrário dos projetos rotativos, os grandes ímãs em unidades lineares podem causar estragos em ambientes magneticamente sensíveis, por exemplo, em máquinas de ressonância magnética (RM). Isso pode até ser um problema em uma aplicação mais prosaica, como o corte de metal. Há esses ímãs de alta força que tentam puxar cada um desses chips de metal para a trilha magnética, portanto, os motores lineares não terão um bom desempenho nesses tipos de aplicações sem a proteção adequada.

Sobre essas aplicações…
Então, qual é o ponto ideal de aplicação para motores lineares? Para começar, metrologia, em áreas como fabricação de semicondutores, LEDs e LCDs. A impressão digital de grandes placas também é um mercado em crescimento, assim como o setor biomédico, e até mesmo a fabricação de pequenas peças. Nossos clientes dispõem pares de motores lineares em configurações de pórtico para tarefas de montagem. Você quer obter o máximo rendimento possível do produto, então 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 por estêncil é outra.