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Marzo 2021
En los últimos años se habla mucho de tipos de motores lineales. Pero, ¿qué es un motor lineal? En este post vamos a intentar responder a esta pregunta de un modo claro y comprensible para todos nuestros lectores.
En primer lugar, diremos que el motor lineal basa su funcionamiento en el mismo principio físico de los motores rotativos tradicionales, es decir, se genera una fuerza gracias al paso de una corriente eléctrica por un campo magnético.
Este campo magnético se genera a través de imanes permanentes de Neodimio, denominado comúnmente de Tierras Raras, que son los imanes más potentes que existen actualmente. En ellos, la corriente circula a través de un hilo de cobre, que se bobina en múltiples espiras para poder generar una fuerza mayor.
Los servomotores rotativos son una buena forma de explicar cómo es un motor lineal de modo gráfico: imaginémonos que podemos abrir el servomotor y extender los imanes en la longitud que nos interesa (cf. Figura 1).
Figura 1: Ejemplo gráfico de la conversión de un motor o actuador eléctrico rotativo a lineal.
Pero aun teniendo claras sus características, podemos preguntarnos cuáles son las ventajas de los diferentes tipos de motor lineal respecto a otros motores.
La primera de estas ventajas es la eliminación de cualquier tipo de transmisión (poleas, engranajes, acoplamientos, etc.). Así, eliminamos también los errores e inexactitudes que estos elementos causan en el sistema. Por tanto, este aumento de precisión está relacionado directamente con el uso de sistemas de transmisión directa (direct-drive). Además, gracias a esta transmisión directa, es posible un movimiento inmediato en los arranques, ya que evitamos el juego de los elementos mecánicos, lo que incrementa la precisión de posicionamiento.
Otra ventaja no menos destacable es que, al no existir contacto mecánico, se dispone de un sistema sin desgaste y, por lo tanto, libre de mantenimiento. Sin embargo, otros elementos que acompañan al motor requieren un mínimo mantenimiento, como es el caso de las guías lineales o de los ejes. Aun así, el mantenimiento del sistema es extraordinariamente bajo.
La tercera ventaja que destacamos es que contamos con una alta dinámica o aceleración, debido a la eliminación de todos los elementos de transmisión que añaden inercia al sistema.
Comentaremos a continuación y brevemente los cuatro tipos de motores lineares eléctricos más importantes que existen: el ironcore, el ironless, el tubular y el piezoeléctrico.
¿Qué son los motores o actuadores ironcore?
Los motores lineales con núcleo de hierro siguen el esquema clásico que hemos visto anteriormente. El cobre está bobinado sobre láminas de hierro, que se utilizan para guiar el campo magnético a través de las bobinas.
Todo este conjunto circula sobre una fila de imanes permanentes consiguiendo una alta densidad de fuerza. Por ese motivo, muchas veces también es denominado motor magnético. (Figura 2)
Figura 2: Ejemplo gráfico del flujo del campo magnético en un motor o actuador eléctrico ironcore,
USO Y FUNCIONAMIENTO DE MOTOR LINEAL IRONCORE
Un parámetro a tener en cuenta al usar estos motores y su posible inclusión en sistemas con ejes es la fuerza de atracción. Puesto que los imanes atraen las láminas de hierro del bobinado, se genera una fuerza adicional que hay que sumar al peso de la carga en el momento de diseñar las guías lineales y ejes que acompañarán al motor en esta máquina lineal.
¿Qué son los motores o actuadores ironless?
En estos motores desaparecen las láminas de hierro en el bobinado, y se monta el bobinado entre dos filas de imanes, lo que aumentará el coste final del conjunto.
USO Y FUNCIONAMIENTO DE MOTOR LINEAL IRONLESS
Gracias a la ausencia del núcleo de hierro, se reduce considerablemente el peso del bobinado, pudiendo conseguir aceleraciones más altas y características más avanzadas que en los motores ironcore. (véase Figura 3).
Fig. 3: Ejemplo gráfico del flujo del campo magnético en un motor o actuador eléctrico ironless.
En este tipo de motor lineal desaparece la fuerza de atracción. Y también desaparece otro elemento desfavorable de los motores ironcore que es el “cogging”. El “cogging” tiende a alinear los polos de los imanes con la bobina del motor, lo que genera una fuerza en contra del movimiento o a favor dependiendo de la posición donde nos encontremos. Debido a la eliminación de estos efectos se pueden usar los motores ironless en aplicaciones con funcionamiento de movimiento lineal que requieran una velocidad extremadamente constante.
¿Qué son los motores o actuadores tubulares?
Una de las principales características de los motores tubulares es que integran los imanes en una barra cilíndrica que queda envuelta por completo por la bobina del motor, que, como en los motores ironless, elimina la resultante de la fuerza de atracción.
USO Y FUNCIONAMIENTO DE MOTOR LINEAL TUBULAR
Con esta construcción se consigue bajar considerablemente el peso de los imanes. Y la forma de explotar esto para conseguir una alta dinámica, sobre todo para carreras pequeñas, es fijando la bobina del motor y moviendo los imanes. Al contrario de los otros tipos de motores, donde se acostumbra a fijar los imanes y mover la bobina.
Además de lo comentado anteriormente, esta construcción permite aislar el motor para obtener altos grados de IP o incluso certificación ATEX.
Pero no todo son ventajas, estos motores presentan en su funcionamiento una limitación en cuanto a longitud. Las ventajas dinámicas desaparecen cuando la carrera supera el punto en que el peso de los imanes es mayor que el de la bobina.
¿Qué son los motores o actuadores piezoeléctricos?
Por último, queremos hacer mención a que en el ámbito del motor lineal o del actuador también hay cabida para los motores piezoeléctricos.
Esta tecnología utiliza la deformación que experimentan algunos materiales al aplicarles una corriente eléctrica. Dicha deformación se traduce en una vibración ultrasónica que hace avanzar o retroceder el motor. Por tanto, este motor o actuador no usa imanes de ningún tipo.
USO Y FUNCIONAMIENTO DE MOTOR LINEAL PIEZOELÉCTRICO
A nivel de fuerza no se puede comparar con los tipos anteriores, pero su nivel de miniaturización permite integrarlos en sistemas donde los demás tipos de motores lineales serían inviables. Es decir, pueden ser útiles en aplicaciones donde no se necesite mucha fuerza y en cambio el espacio sea un factor crítico en esta máquina lineal.
Conclusión – ¿Qué tipo de motor lineal eléctrico o actuador lineal eléctrico es mejor?
En definitiva, y como tantas veces sucede en ingeniería, no hay un producto mejor o peor, lo esencial es elegir el adecuado a nuestra aplicación. Ello aplica también en el caso de los motores lineales eléctricos y su funcionamiento. Para ver más información sobre los usos y el funcionamiento de estos actuadores, puedes acceder a nuestra página con ejemplos de aplicaciones para motor lineal eléctrico.
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