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

De fato, 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, parafusos 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 rotativo ou linear — uma das principais considerações é o calor. De fato, as curvas de torque (ou força) versus velocidade, que representam faixas de operação contínua e intermitente para uma determinada combinação de motor e acionamento, 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, já que a carga é montada na força, que contém os enrolamentos do motor. (Em alguns projetos de motores lineares, a carga pode ser montada na trilha magnética, embora isso só seja viável para cursos curtos.) E em motores lineares sem ferro, os enrolamentos são encapsulados em epóxi, que não dissipa 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 potência contínua do motor. Para combater isso, algumas aplicações exigem resfriamento forçado a 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 projetos sem 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 prontos para uso, os ímãs expostos de um motor linear podem atrair partículas ferrosas de operações de usinagem ou simplesmente da contaminação do ar, frequentemente encontrada em ambientes de fabricação e fábricas. E a contaminação por líquidos pode danificar componentes eletrônicos sensíveis ou interferir em sistemas de feedback.

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

Compensação de vibração e oscilações

Um dos principais atrativos de uma solução de 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 os efeitos de folga, enrolamento e complacência, o que é um fator importante em sua capacidade de atingir altíssimas precisões de posicionamento e executar movimentos altamente dinâmicos, com rápidas taxas de aceleração e desaceleração.

Mas 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. E sem esse efeito de amortecimento "incorporado", 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 corrigir os efeitos dessas vibrações e oscilações não amortecidas, os sistemas de motores lineares frequentemente requerem malhas de controle de velocidade, posição e corrente (força) com frequência mais alta, além de uma largura de banda de malha de corrente maior. O sistema de feedback de posição — normalmente um encoder linear óptico ou magnético — também precisa ter uma resolução mais alta para que o controlador possa rastrear a posição do motor e da carga com mais precisão. Até mesmo a estrutura da máquina ou sua estrutura de suporte deve ser rígida o suficiente (com uma frequência natural alta) 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 devem ser capazes de se comunicar com mais rapidez e precisão para que o sistema alcance um desempenho dinâmico e de alta precisão.

Custo inicial versus custo total de propriedade

E, finalmente, um dos principais fatores limitantes para a ampla adoção de motores lineares continua sendo o custo inicial. Embora existam inúmeras comparações que demonstram o menor custo total de propriedade (TCO) de soluções de motores lineares em comparação com 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 à adoção por engenheiros e projetistas que têm a tarefa de atender às especificações de desempenho dentro de um orçamento limitado. Um exemplo: para aplicações com percursos muito longos – uma das áreas em que as soluções de motores lineares se destacam – o custo de ímãs e encoders lineares de alta resolução para atender aos requisitos de percurso pode fazer com que uma solução de motor linear não seja considerada.

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

Apesar das potenciais 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. Antes vistos como soluções de nicho para aplicações em semicondutores, metrologia e usinagem pesada, motores lineares com núcleo de ferro, sem ferro e tubulares são agora utilizados em aplicações automotivas, alimentícias, de embalagens e de impressão, onde os movimentos podem não ser tão desafiadores ou os requisitos de precisão tão exigentes, mas onde os benefícios de menos componentes, menor tempo de inatividade e maior rendimento justificam o custo adicional e as considerações de projeto.