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 o 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 acionamentos 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, o que não se dissipa mais facilmente como 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 "embutido", 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 sejam abundantes de comparações que demonstrem a menor propriedade total de custo (TCO) de soluções de motor linear sobre soluções tradicionais de correia, parafuso ou rack e pinhão em algumas aplicações, o custo inicial de um sistema motor linear ainda é uma barreira para 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. Uma vez vistos como soluções de nicho para aplicações de usinagem semicondutores, metrologia e usinagem pesada, núcleo de ferro, sem ferro e motores lineares tubulares agora são usados ​​em aplicações automotivas, alimentos e embalagens e de impressão, onde os movimentos podem não ser tão desafiadores ou os Os requisitos de precisão são exigentes, mas onde os benefícios de menos componentes, menos tempo de inatividade e maior taxa de transferência justificam as considerações adicionais de custo e design.