Os motores lineares oferecem desempenho superior, destacando-se em equipamentos médicos, automação industrial, embalagens e fabricação de semicondutores. Além disso, os novos motores lineares resolvem os problemas de custo, dissipação de calor e complexidade de integração das versões anteriores. Recapitulando, os motores lineares são compostos por uma bobina (parte primária ou força motriz) e uma plataforma estacionária, às vezes chamada de placa ou secundária. Existem diversos subtipos, mas os dois mais comuns para automação são os motores lineares sem escovas com núcleo de ferro e os motores lineares sem núcleo de ferro.

Os motores lineares geralmente apresentam desempenho superior aos acionamentos mecânicos. Eles têm comprimentos ilimitados. Sem a elasticidade e a folga dos sistemas mecânicos, a precisão e a repetibilidade são elevadas e se mantêm assim durante toda a vida útil da máquina. De fato, apenas os rolamentos guia de um motor linear necessitam de manutenção; todos os outros subcomponentes estão isentos de desgaste.

Onde os motores lineares com núcleo de ferro se destacam
Os motores lineares com núcleo de ferro possuem bobinas primárias em torno de um núcleo de ferro. O secundário geralmente consiste em uma trilha magnética estacionária. Esses motores são ideais para moldagem por injeção, máquinas-ferramenta e prensas, pois oferecem alta força contínua. Uma ressalva é que os motores lineares com núcleo de ferro podem apresentar cogging, uma vez que a atração magnética do secundário sobre o primário varia conforme ele percorre a trilha magnética. A força de retenção é a principal responsável por esse problema. Os fabricantes tentam solucionar o cogging de diversas maneiras, mas ele se torna problemático quando o objetivo principal é obter movimentos suaves.

Ainda assim, as vantagens dos motores lineares com núcleo de ferro são inúmeras. O acoplamento magnético mais forte (entre o núcleo de ferro e os ímãs do estator) proporciona alta densidade de força. Portanto, os motores lineares com núcleo de ferro têm maior força de saída do que os motores lineares sem núcleo de ferro comparáveis. Além disso, esses motores dissipam muito calor, pois o núcleo de ferro dissipa o calor gerado pela bobina durante a operação, reduzindo a resistência térmica entre a bobina e o ambiente de forma mais eficiente do que os motores sem núcleo de ferro. Por fim, esses motores são fáceis de integrar, pois o atuador e o estator ficam diretamente voltados um para o outro.

Motores lineares sem núcleo de ferro para movimentos rápidos.
Os motores lineares sem núcleo de ferro não possuem ferro em seu núcleo, sendo, portanto, mais leves e capazes de gerar movimentos mais dinâmicos. As bobinas são embutidas em uma placa de epóxi. A maioria dos motores lineares sem núcleo de ferro possui trilhas em formato de U revestidas internamente com ímãs. O acúmulo de calor pode limitar a força de empuxo a níveis inferiores aos de motores com núcleo de ferro comparáveis, mas alguns fabricantes resolvem esse problema com geometrias inovadoras de canal e núcleo.

Tempos de estabilização curtos aumentam ainda mais a dinâmica dos motores lineares sem núcleo de ferro, permitindo movimentos rápidos e precisos. A ausência de forças de atração inerentes entre os núcleos primário e secundário faz com que os motores lineares sem núcleo de ferro sejam mais fáceis de montar do que os motores com núcleo de ferro. Além disso, seus rolamentos de suporte não estão sujeitos a forças magnéticas, o que geralmente aumenta sua durabilidade.

Note que os motores lineares apresentam problemas em eixos verticais e em ambientes agressivos. Isso ocorre porque, sem algum tipo de frenagem ou contrapeso, os motores lineares (que são inerentemente sem contato) permitem que as cargas caiam durante situações de desligamento.

Além disso, alguns ambientes agressivos podem gerar poeira e partículas que aderem aos motores lineares, especialmente em operações de usinagem de peças metálicas. Nesses casos, os motores lineares com núcleo de ferro (e seus trilhos preenchidos com ímãs) são os mais vulneráveis. Alguns atuadores incorporam motores lineares com núcleo de ferro ou sem núcleo de ferro e um design à prova de poeira para operar nesses ambientes. Este último elimina os problemas associados aos foles que tradicionalmente protegem os eixos lineares.

Quando escolher atuadores integrados com motor linear
A natureza de acionamento direto dos atuadores com motores lineares aumenta a produtividade e a dinâmica do sistema para inúmeras aplicações industriais. Alguns atuadores baseados em motores lineares também incluem encoders para feedback de posição, tornando os motores lineares fáceis de usar, mesmo em comparação com sistemas baseados em correias e fusos de esferas. Alguns desses atuadores integram o motor linear, a guia e o encoder óptico (ou magnético) de forma compacta para aumentar ainda mais a densidade de potência.

Em alguns atuadores, o encoder é instalado horizontalmente, de modo que sua posição não seja afetada por impactos externos. Algumas dessas configurações podem atingir velocidades de até 6 m/s com aceleração de até 60 m/s² usando uma entrada de 230 Vca. Módulos com curso superior a dois metros são possíveis. As opções padrão geralmente incluem um encoder magnético para feedback de posição, embora encoders ópticos estejam disponíveis para maior precisão. Outras opções incluem configurações com múltiplos deslizadores, bem como sistemas XY e pórticos completos.

Em comparação com os módulos de fuso de esferas tradicionais, os atuadores baseados em motores lineares oferecem maior precisão e velocidade — mesmo sob diversas condições de empuxo — graças ao acionamento direto. A integração mais compacta também aumenta a produtividade e a confiabilidade. Alguns desses atuadores incluem o próprio motor linear, uma base e uma guia linear larga que suporta um cursor de alumínio e uma escala óptica para feedback de posição. Quando o motor linear não possui núcleo de metal, ele pode ser combinado com um cursor de alumínio para formar um design leve que proporciona aceleração rápida.

Alguns atuadores compactos com motor linear também incluem deslizadores com almofadas de lubrificação integradas para uma lubrificação ecológica. Nesses casos, as extremidades do bloco deslizante possuem injetores de graxa hermeticamente selados para fornecer lubrificação à pista de rolamento por meio da circulação de esferas de aço. Em alguns casos, almofadas de lubrificação opcionais adicionam lubrificação para operação a longo prazo com menos manutenção, especialmente em eixos que realizam cursos curtos.

Os motores lineares sem núcleo de ferro presentes em alguns atuadores também não apresentam cogging, permitindo que o eixo realize movimentos estáveis ​​tanto em baixas quanto em altas velocidades. Em alguns modelos, a repetibilidade com um encoder linear óptico chega a 2 mm. Alguns atuadores estão disponíveis com cursos de 152 a 1.490 mm e retilineidade de 6 a 30 mm.

Exemplo específico: Aplicações em salas limpas
Uma última opção particularmente adequada para aplicações com cursos curtos e altas taxas de ciclo são os atuadores de motor linear, nos quais as partes móveis são os ímãs e o trilho. Nesses casos, não há problemas com cabos em movimento causando desconexões, nem com ambientes empoeirados. Na verdade, os atuadores funcionam bem em ambientes de vácuo e salas limpas. Isso ocorre porque as bobinas são fixas, o que facilita a dissipação do calor para as estruturas de montagem. Alguns desses atuadores de motor linear oferecem força contínua de até 94,2 ou 188,3 N e força de pico de até 242,1 ou 484,2 N, aceitando corrente contínua de 3,5, 7 ou 14 A, dependendo da versão. Os cursos chegam a 430 mm.

Parâmetros para especificar estágios de motores lineares
Ao especificar atuadores ou estágios baseados em motores lineares, considere os seguintes critérios para cada parte do perfil de movimento do projeto:

• Qual é a condição de movimento conhecida?
• Qual é a massa da carga, a massa do sistema, o curso efetivo, o tempo de movimento e o tempo de permanência?
• Quais são as condições de operação, a tensão máxima de saída, a corrente contínua e a corrente de pico?
• Que tipo de resolução de encoder a configuração precisa? Deve ser analógica ou digital?
• Em que tipo de ambiente de trabalho o atuador ou estágio irá operar? Qual será a temperatura ambiente? A máquina estará sujeita a vácuo ou a condições de sala limpa?
• Quais são os requisitos da aplicação em termos de precisão de movimento e exatidão de posicionamento?
• O atuador ou plataforma com motor linear movimentará as cargas horizontalmente, verticalmente ou em ângulo? A estrutura será fixada na parede? Há restrições de espaço?

Responder a essas perguntas ajudará os engenheiros de projeto a identificar a iteração de motor linear mais adequada para uma determinada máquina.