Os motores lineares podem atingir altas taxas de aceleração e longos percursos com boas forças de empuxo e altíssima precisão de posicionamento, enquanto outros mecanismos de acionamento, como correias, fusos ou cremalheiras e pinhões, precisam sacrificar pelo menos um desses requisitos para alcançar os demais. 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 em suas especificações de desempenho, os motores lineares parecem ser a solução perfeita para atender aos requisitos conflitantes frequentemente encontrados em aplicações de movimento linear. Mas isso levanta a questão: "Por que os motores lineares não são mais amplamente adotados?"

Para entender por que a taxa de adoção de motores lineares ainda está atrás de outras tecnologias de acionamento — como correias, fusos ou acionamentos de cremalheira e pinhão — vamos analisar alguns dos benefícios e desvantagens dos projetos de motores lineares.

Geração e dissipação de calor

Ao dimensionar e selecionar um motor — seja ele rotativo ou linear — uma das principais considerações é o calor. De fato, as curvas de torque (ou força) versus velocidade, que representam as faixas de operação contínua e intermitente para uma determinada combinação motor-acionamento, são baseadas 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, visto que a carga é montada no atuador, que contém os enrolamentos do motor. (Em alguns projetos de motores lineares, a carga pode ser montada na pista do ímã, embora isso só seja viável para cursos curtos.) E em motores lineares sem núcleo de ferro, os enrolamentos são encapsulados em epóxi, que não dissipa o calor tão facilmente quanto metais como ferro ou alumínio.

Isso significa que o calor é facilmente transferido para a carga e os componentes ao redor, 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 força contínua gerada pelo motor. Para combater isso, algumas aplicações exigem refrigeração forçada por ar ou líquido, o que aumenta o custo, o espaço ocupado e a complexidade.

Proteção contra contaminação

Devido ao seu design aberto e ímãs expostos, os motores lineares com núcleo de ferro plano e os modelos sem núcleo de ferro com canal em U podem ser difíceis de proteger contra contaminação. Embora as guias lineares de suporte possam ser protegidas com diversas vedações e raspadores disponíveis no mercado, os ímãs expostos de um motor linear podem atrair partículas ferrosas provenientes de operações de usinagem ou simplesmente da contaminação atmosférica comum em ambientes de manufatura e fábricas. Além disso, a contaminação por líquidos pode danificar componentes eletrônicos sensíveis ou interferir em sistemas de feedback.

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

Compensação de vibrações e oscilações

Um dos principais atrativos de uma solução com motor linear é a eliminação da necessidade de componentes mecânicos de transmissão de potência — como parafusos, correias, caixas de engrenagens e acoplamentos — entre o motor e a carga. Isso significa que os motores lineares não sofrem com os efeitos de folga, torção e flexibilidade, fatores essenciais para sua capacidade de alcançar alta precisão de posicionamento e executar movimentos altamente dinâmicos, com rápidas taxas de aceleração e desaceleração.

No entanto, os componentes de transmissão mecânica podem ser benéficos em um sistema de movimento, fornecendo um mecanismo de amortecimento para oscilações e atenuando perturbações, como reações de forças de usinagem ou vibrações induzidas pelo movimento da carga. Sem esse efeito de amortecimento "embutido", oscilações e vibrações podem impedir que os motores lineares alcancem a precisão de posicionamento ou o tempo de estabilização desejados.

Para garantir que o sistema possa reagir e corrigir os 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 alta, além de uma largura de banda maior para a malha de corrente. O sistema de feedback de posição — normalmente um encoder linear óptico ou magnético — também precisa ter uma resolução maior para que o controlador possa rastrear com mais precisão a posição do motor e da carga. Até mesmo a estrutura da máquina ou a estrutura de suporte deve ser suficientemente rígida (com uma alta frequência natural) 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 perturbações, os circuitos de feedback e controle precisam ser capazes de se comunicar de forma mais rápida e precisa para que o sistema alcance um desempenho dinâmico e de alta precisão.

Custo inicial versus custo total de propriedade

Por fim, um dos principais fatores limitantes para a adoção generalizada de motores lineares continua sendo o custo inicial. Embora existam inúmeras comparações que demonstram o menor custo total de propriedade (TCO) das soluções com motores lineares em relação às soluções tradicionais com correias, fusos ou cremalheiras em algumas aplicações, o custo inicial de um sistema com motor linear ainda representa uma barreira à adoção por engenheiros e projetistas que precisam atender às especificações de desempenho dentro de um orçamento limitado. Um exemplo disso: para aplicações com cursos muito longos – uma das áreas em que as soluções com motores lineares se destacam – o custo dos ímãs e dos encoders lineares de alta resolução necessários para atender aos requisitos de curso pode inviabilizar a adoção de uma solução com motor linear.

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

Apesar das potenciais dificuldades relacionadas à 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 em semicondutores, metrologia e usinagem pesada, os motores lineares com núcleo de ferro, sem núcleo de ferro e tubulares agora são usados ​​em aplicações automotivas, alimentícias e de embalagens, e de impressão, onde os movimentos podem não ser tão complexos ou os requisitos de precisão tão exigentes, mas onde os benefícios de menos componentes, menos tempo de inatividade e maior produtividade justificam o custo adicional e as considerações de projeto.