Os motores lineares podem atingir altas taxas de aceleração e longos percursos com boas forças de empuxo e precisões de posicionamento extremamente altas, enquanto outros mecanismos de acionamento, como correias, parafusos ou cremalheira e pinhões, devem sacrificar pelo menos um desses requisitos para atingir o outros. É por isso que os motores lineares são a escolha preferida para aplicações altamente dinâmicas, como metrologia e fabricação de semicondutores.

Na verdade, com base nas 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 levanta a questão: “Por que os motores lineares não são adotados mais amplamente?”

Para entender por que a taxa de adoção de motores lineares ainda está atrás de outras tecnologias de acionamento — como correias, parafusos ou acionamentos de cremalheira e pinhão — vejamos algumas das vantagens e desvantagens dos projetos de motores lineares.

Geração e dissipação de calor

Ao dimensionar e selecionar um motor – seja rotativo ou linear – uma das principais considerações é o calor. Na verdade, as curvas de torque (ou força) versus velocidade, que representam faixas operacionais contínuas e intermitentes para uma determinada combinação de acionamento motorizado, baseiam-se na capacidade do motor de dissipar calor sob condições operacionais específicas.

A geração de calor pode ser ainda mais problemática para motores lineares do que para motores rotativos, uma vez que a carga é montada no forçador, que contém os enrolamentos do motor. (Em alguns projetos de motores lineares, a carga pode ser montada na pista magnética, embora isso só seja viável para cursos curtos.) E em motores lineares sem ferro, os enrolamentos são encapsulados em epóxi, que não dissipa o calor tão facilmente quanto metais como ferro ou alumínio.

Isto 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 produção de força contínua do motor. Para combater isso, algumas aplicações exigem resfriamento forçado por ar ou líquido, o que aumenta o custo, a área ocupada e a complexidade.

Proteção contra contaminação

Devido ao seu design aberto e ímãs expostos, motores lineares planos com núcleo de ferro e designs sem ferro com canal U podem ser difíceis de proteger contra contaminação. Embora as guias lineares de suporte possam ser protegidas com vários selos e raspadores disponíveis no mercado, os ímãs expostos de um motor linear podem atrair partículas ferrosas de operações de usinagem ou simplesmente de contaminação atmosférica frequentemente encontrada em ambientes de fabricação e fábrica. E a contaminação líquida pode danificar componentes eletrônicos sensíveis ou interferir nos sistemas de feedback.

É claro que tampas e estruturas externas podem ser projetadas para proteger contra contaminação, mas podem dificultar a dissipação de calor do motor, agravando os problemas relacionados ao calor descritos acima.

Compensando vibrações e oscilações

Um dos principais pontos de venda de uma solução de motor linear é que ela elimina a necessidade de componentes mecânicos de transmissão de energia – como parafusos, correias, caixas de engrenagens e acoplamentos – entre o motor e a carga. Isso significa que os motores lineares não sofrem os efeitos de folga, enrolamento e complacência, o que é um fator importante na sua capacidade de atingir precisões de posicionamento muito altas e executar movimentos altamente dinâmicos, com rápidas taxas de aceleração e desaceleração.

Mas os componentes de transmissão mecânica podem ser benéficos em um sistema de movimento, fornecendo um mecanismo de amortecimento para oscilações e atenuando distúrbios, como reações de forças de usinagem ou vibrações induzidas pelo movimento da carga. E sem esse efeito de amortecimento “integrado”, oscilações e vibrações podem impedir que os motores lineares atinjam a precisão de posicionamento ou o tempo de estabilização desejados.

Para garantir que o sistema possa reagir e fazer correções aos efeitos dessas vibrações e oscilações não amortecidas, os sistemas de motores lineares geralmente exigem malhas de controle de velocidade, posição e corrente (força) de frequência mais altas, e uma largura de banda de malha 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 mesmo a estrutura da máquina ou estrutura de suporte deve ser suficientemente rígida (com uma frequência natural elevada) para permanecer relativamente insensível 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 circuitos de feedback e controle devem ser capazes de se comunicar com mais rapidez e precisão para que o sistema atinja um 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 a ser o custo inicial. Embora existam muitas comparações que demonstrem o menor custo total de propriedade (TCO) de soluções de motor linear em relação às soluções tradicionais de correia, parafuso ou cremalheira e pinhão em algumas aplicações, o custo inicial de um sistema de motor linear ainda é uma barreira para adoção para engenheiros e projetistas encarregados de atender às especificações de desempenho dentro de um orçamento limitado. Caso em questão: Para aplicações com percursos muito longos – uma das áreas onde as soluções de motores lineares se destacam – o custo de ímãs e codificadores lineares de alta resolução para atender aos requisitos de percurso pode deixar de considerar o preço de uma solução de motor linear.

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

Apesar das dificuldades potenciais apresentadas pela geração de calor, proteção contra contaminação, controles de alta largura de banda e custo, a taxa de adoção de motores lineares está crescendo. Antes vistos como soluções de nicho para aplicações de semicondutores, metrologia e usinagem pesada, os motores lineares com núcleo de ferro, sem ferro e tubulares são agora usados ​​em aplicações automotivas, alimentícias e de embalagens e de impressão, onde os movimentos podem não ser tão desafiadores ou o requisitos de precisão tão exigentes, mas onde os benefícios de menos componentes, menos tempo de inatividade e maior rendimento justificam o custo adicional e as considerações de design.