Os motores lineares podem atingir altas taxas de aceleração e comprimentos de viagem longos com boas forças de impulso e precisões de posicionamento extremamente altas, enquanto outros mecanismos de acionamento, como cintos, parafusos ou rack e pinhões, devem sacrificar pelo menos um desses requisitos para alcançar os outros. É por isso que os motores lineares são a escolha preferida para aplicações altamente dinâmicas, como a Metrologia e a Fabricação de Semicondutores.

De fato, com base em suas especificações de desempenho, os motores lineares parecem ser a solução perfeita para atender aos requisitos concorrentes frequentemente encontrados em aplicações de movimento linear. Mas isso traz à tona a pergunta: "Por que os motores lineares não são mais adotados?"

Para entender por que a taxa de adoção de motores lineares ainda fica atrás de outras tecnologias de acionamento - como cintos, parafusos ou unidades de rack e pinhão - vamos analisar alguns dos benefícios e desvantagens dos projetos de motor linear.

Geração de calor e dissipação

Ao dimensionar e selecionar um motor - seja rotativo ou linear - uma das considerações primárias é o calor. De fato, o torque (ou força) versus curvas de velocidade, que descrevem intervalos operacionais contínuos e intermitentes para uma determinada combinação de acionamento motor, baseiam-se na capacidade do motor de dissipar o calor sob condições operacionais especificadas.

A geração de calor pode ser ainda mais problemática para motores lineares do que para motores rotativos, uma vez que a carga é montada na forcer, que contém os enrolamentos do motor. (Em alguns projetos de motor linear, a carga pode ser montada na pista de ímã, embora isso possa ser viável apenas para traços curtos.) E em motores lineares sem ferro, os enrolamentos são encapsulados em epóxi, que não se dissipam tão prontamente quanto metais como ferro ou alumínio.

Isso significa que o calor é facilmente transferido para a carga e os componentes circundantes, causando expansão térmica, degradação ou, em casos extremos, danos ou falhas. Mesmo que a carga não seja afetada, o acúmulo de calor pode reduzir a saída de força contínua do motor. Para combater isso, algumas aplicações exigem resfriamento forçado de ar ou líquido, o que aumenta o custo, a pegada e a complexidade.

Proteção contra contaminação

Devido ao design aberto e aos ímãs expostos, motores lineares planos e de ferro e desenhos de canal em U podem ser difíceis de proteger da contaminação. Embora os guias lineares de suporte possam ser protegidos com várias vedações e raspadores prontos para uso, os ímãs expostos de um motor linear podem atrair partículas ferrosas das operações de usinagem ou simplesmente da contaminação aérea frequentemente encontrada em ambientes de fabricação e fábrica. E a contaminação líquida pode danificar eletrônicos sensíveis ou interferir nos sistemas de feedback.

Obviamente, capas e estruturas externas podem ser projetadas para proteger contra a contaminação, mas podem dificultar a dissipação do motor, exacerbando os problemas relacionados ao calor descritos acima.

Compensando a vibração e oscilações

Um dos principais pontos de venda de uma solução de motor linear é que ela elimina a necessidade de componentes de transmissão de energia mecânica - como parafusos, cintos, caixas de engrenagens e acoplamentos - entre o motor e a carga. Isso significa que os motores lineares não sofrem com os efeitos de reação, corda e conformidade, o que é um fator importante em sua capacidade de obter precisões de posicionamento muito altas e executar movimentos altamente dinâmicos, com taxas de aceleração e desaceleração rápidas.

Mas os componentes de transmissão mecânica podem ser benéficos em um sistema de movimento, fornecendo um mecanismo de amortecimento para oscilações e distúrbios atenuantes, como reações de forças de usinagem ou vibrações induzidas pelo movimento da carga. E sem esse efeito de amortecimento "interno", oscilações e vibrações podem impedir que os motores lineares atinjam a precisão desejada do posicionamento ou o tempo de acomodação.

Para garantir que o sistema possa reagir e fazer correções para os efeitos dessas vibrações e oscilações não amortecidos, os sistemas motores lineares geralmente requerem maior velocidade de frequência, posição e loops de controle de corrente (força) e uma largura de banda de loop de corrente mais alta. O sistema de feedback de posição - normalmente um codificador linear óptico ou magnético - também precisa ter uma resolução mais alta para que o controlador possa rastrear com mais precisão a posição do motor e da carga. Até a estrutura da máquina ou a estrutura de suporte deve ser rígida o suficiente (com uma alta frequência natural) para permanecer relativamente insentida a choques e vibrações e suportar as forças geradas pelo motor linear.

Em outras palavras, como há menos componentes para ajudar a compensar vibrações e distúrbios, os loops de feedback e controle devem ser capazes de se comunicar com mais rapidez e precisão para o sistema obter desempenho dinâmico e de alta precisão.

Custo inicial versus custo total de propriedade

E, finalmente, um dos principais fatores limitantes para a adoção generalizada de motores lineares continua sendo o custo inicial. Embora abundam comparações que demonstrem a menor propriedade total de custo (TCO) de soluções motoras lineares sobre soluções tradicionais de correia, parafuso ou pinhão em algumas aplicações, o custo inicial de um sistema motor linear ainda é uma barreira à adoção para engenheiros e designers encarregados de atender às especificações de desempenho dentro de um orçamento restrito. Caso em questão: para aplicações com comprimentos de viagem muito longos-uma das áreas em que as soluções de motor lineares se destacam-o custo dos ímãs e os codificadores lineares de alta resolução para atender aos requisitos de viagem podem precificar uma solução de motor linear fora de consideração.

Aplicações não tradicionais impulsionam o crescimento das taxas de adoção de motores lineares

Apesar das possíveis dificuldades representadas pela geração de calor, proteção contra contaminação, controles de alta largura de banda e custo, a taxa de adoção de motores lineares está crescendo. Once seen as niche solutions for semiconductor, metrology, and heavy-duty machining applications, iron core, ironless, and tubular linear motors are now used in automotive, food and packaging, and printing applications, where the moves may not be as challenging or the accuracy requirements as demanding, but where the benefits of fewer components, less downtime, and higher throughput justify the additional cost and design considerations.