El desarrollo de motores lineales en el extranjero
Historia del desarrollo
El desarrollo de los motores lineales comenzó poco después que el de los motores rotativos. Poco después de la aparición de estos últimos, surgió el prototipo de los motores lineales. Sin embargo, su desarrollo ha sido complejo y laborioso.
En 1845, el británico Charles Wheastone inventó el primer motor lineal del mundo. Sin embargo, este motor tenía una eficiencia muy baja debido al excesivo espacio de aire y no tuvo éxito. A mediados del siglo XX, el desarrollo del control, la electrónica, los materiales y otras tecnologías proporcionaron el apoyo teórico y técnico para el desarrollo de los motores lineales, que comenzaron a entrar en una nueva etapa. El profesor E.R. Laithwaite, del Reino Unido, fue un pionero en el desarrollo de los motores lineales modernos. Hizo hincapié en la investigación fundamental de los motores lineales, y el equipo de investigación que dirigió logró muchos resultados significativos. Otra figura representativa es el profesor Kazuo Yamada, de Japón, autor de varios libros sobre motores lineales. Desde la década de 1970, los campos de aplicación de los motores lineales se han ampliado, incluyendo plotters automáticos, bombas de metal líquido (MHD), martillos electromagnéticos, maquinaria industrial ligera, electrodomésticos, compresores de aire y equipos para la fabricación de semiconductores, entre otros. A partir de la década de 1990, con la propuesta del concepto de mecanizado de alta velocidad, los motores lineales comenzaron a utilizarse como sistemas de avance en centros de mecanizado. Gracias a las ventajas y el potencial de los sistemas de avance de accionamiento directo, que los sistemas tradicionales no pueden igualar, han vuelto a captar la atención de diversos países. Según informes relevantes, las ventas de motores lineales y unidades de accionamiento en Estados Unidos alcanzaron los 45,53 millones de dólares estadounidenses en 1997 y se esperaba que llegaran a los 107,72 millones de dólares estadounidenses en 2002.
Como sistema electromecánico, el motor lineal simplifica la estructura mecánica y complica el control eléctrico, lo que se ajusta a la tendencia de desarrollo de la tecnología electromecánica moderna.
Anorad Corporation, con sede en Estados Unidos, es un fabricante de motores lineales de renombre mundial. La compañía lanzó motores lineales de CC sin escobillas en 1988 y obtuvo una patente en EE. UU. Principalmente produce motores lineales síncronos de imanes permanentes, conformando una gama de productos con diferentes estructuras y potencias, ampliamente utilizados en diversos sectores.
La empresa alemana Indramat fabrica motores lineales de inducción y de imanes permanentes, con más de 50 modelos en total. Los motores de imanes permanentes se caracterizan por su alta eficiencia (hasta 1,72 N/W) y su elevada densidad de empuje. Se informa que su velocidad puede alcanzar los 600 m/min y su empuje los 22 kN.
Para reducir el precio de los motores lineales, Trilogy Company ha lanzado el Módulo de Codificación Lineal (LEM). Este módulo utiliza el campo magnético del motor para proporcionar información sobre la posición, independientemente del recorrido. Puede operar en entornos exigentes y proporciona señales de conmutación similares a las de los sensores de recorrido completo, con una resolución y repetibilidad de 5 µm.
Los productos de otros fabricantes de motores lineales tienen características propias. Para más detalles, consulte el artículo “High-Frequency Response DC Linear Motor” de Liu Jinling et al. (publicado en “Micro and Special Motors”, número 4, 1993). La aplicación de motores lineales en los sistemas de alimentación de centros de mecanizado de alta velocidad y otras máquinas herramienta CNC de gran recorrido es un desarrollo relativamente reciente. Las máquinas herramienta equipadas con motores lineales deben contar con sistemas de control numérico avanzados, alta rigidez y frecuencias naturales elevadas, y la masa de las piezas móviles debe ser lo más pequeña posible. Solo así se pueden aprovechar al máximo las capacidades de los motores lineales. Además, el diseño del sistema de alimentación de accionamiento directo en las máquinas herramienta también debe tener en cuenta la refrigeración y la disipación de calor. Para evitar que las virutas y diversos polvos sean atraídos por el campo magnético abierto del motor lineal, también deben adoptarse medidas de aislamiento magnético y antimagnéticas. Asimismo, los motores lineales no son autoblocantes como los husillos. Si el motor se instala verticalmente, también deben tenerse en cuenta factores como el contrapeso y el frenado.
La colaboración entre Ford, Ingersoll y Anorad a mediados de la década de 1980 permitió inicialmente la aplicación de motores lineales en máquinas herramienta. Ford aspiraba a que sus máquinas herramienta fueran de alta velocidad, alta precisión y gran flexibilidad. Fruto de esta cooperación, Ingersoll lanzó el módulo de alta velocidad HVM800, que incorporaba motores lineales de imanes permanentes de Anorad en los tres ejes, logrando un rendimiento excelente.
En 1993, la empresa alemana Ex-Cell-O presentó el primer centro de mecanizado de alta velocidad del mundo, el XHC240, accionado por un motor lineal sobre una mesa de trabajo, en la Exposición Europea de Máquinas Herramienta de Hannover, Alemania. Estaba equipado con un motor lineal de inducción desarrollado por la empresa alemana Indramat, con una velocidad máxima de movimiento del eje de 80 m/min y una aceleración de hasta 1 g. Posteriormente, muchos fabricantes lanzaron sucesivamente centros de mecanizado equipados con motores lineales. Según las estadísticas, el volumen de ventas de máquinas herramienta con motores lineales fue de 300 unidades en 1997, y se esperaba que aumentara a 3000 unidades para 2005. En diez años, el 20 % de las máquinas herramienta CNC estarán equipadas con motores lineales.
Además de las máquinas herramienta de corte, otras máquinas herramienta como las de corte por láser, corte por plasma y equipos de mecanizado por descarga eléctrica también han comenzado a utilizar motores lineales.
Situación actual de la investigación sobre motores lineales domésticos
Aunque existen numerosas instituciones nacionales que investigan motores lineales, principalmente tres universidades se centran en su uso como sistemas de alimentación para máquinas herramienta o centros de mecanizado. La Universidad Tecnológica de Guangdong ha creado el Laboratorio de Investigación de Mecanizado y Máquinas Herramienta de Ultra Alta Velocidad, dedicado principalmente a la investigación y el desarrollo de husillos eléctricos de ultra alta velocidad y unidades de alimentación de alta velocidad para motores lineales. Investigan motores de inducción lineal y han desarrollado la unidad de alimentación de control numérico de alta velocidad GD-3 para motores lineales. Su fuerza de alimentación nominal es de 2 kN, su velocidad máxima de alimentación es de 100 m/min, su precisión de posicionamiento es de 0,004 mm y su carrera es de 800 mm. Desde finales de la década de 1990, la Universidad Tecnológica de Shenyang lleva a cabo investigaciones sobre motores síncronos lineales de imanes permanentes y ha fabricado un prototipo con un empuje de 100 N. Otro aspecto clave de su investigación son los métodos de control de motores eléctricos y servosistemas, sobre los que han publicado numerosos artículos. El Instituto de Ingeniería de Fabricación del Departamento de Instrumentos de Precisión e Ingeniería Mecánica de la Universidad de Tsinghua ha desarrollado con éxito un motor lineal de CC de alta frecuencia con una carrera de hasta 5 mm, una frecuencia de corte superior a 250 Hz y un empuje de varios cientos de Newtons. Este motor se utiliza para accionar el soporte transversal de herramientas de un torno de pistón convexo mediano y ha obtenido buenos resultados en su aplicación en procesos reales. Actualmente se está investigando una unidad servo lineal de imán permanente de carrera larga. El empuje nominal del motor es de 1500 N, la velocidad máxima es de 60 m/min, la aceleración nominal sin carga es de 1 g y la carrera es de 600 mm.
Cabe destacar que en China, la investigación sobre motores lineales, especialmente servomotores lineales en sistemas de alimentación de máquinas herramienta, aún se encuentra en sus inicios. Existe una importante escasez de investigadores y fondos, y el progreso es relativamente lento. La brecha con otros países es cada vez mayor. Resulta urgente fortalecer la investigación. Para romper el monopolio tecnológico de otros países, es necesario combinar el seguimiento tecnológico con el desarrollo independiente, e intensificar la investigación en tecnologías básicas y clave.
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Fecha de publicación: 22 de diciembre de 2025