مراحل المحرك الخطي الكاملة - بما في ذلك اللوحة الأساسية، والمحرك الخطي، والموجهات الخطية، والمشفر، وأجهزة التحكم.

شهدت محركات المؤازرة الخطية ذات الدفع المباشر زيادة ملحوظة في استخدامها خلال السنوات القليلة الماضية، ويعود ذلك جزئيًا إلى طلب المستخدمين النهائيين على إنتاجية أعلى ودقة أفضل. وعلى الرغم من أن المحركات الخطية تُعرف في الغالب بقدرتها على توفير مزيج من السرعات العالية، والأشواط الطويلة، ودقة تحديد المواقع الممتازة التي لا تتوفر في آليات الدفع الأخرى، إلا أنها قادرة أيضًا على تحقيق حركة بطيئة وسلسة ودقيقة للغاية. في الواقع، توفر تقنية المحركات الخطية نطاقًا واسعًا من الإمكانيات - قوة الدفع، والسرعة، والتسارع، ودقة تحديد المواقع، وقابلية التكرار - بحيث لا تكاد توجد تطبيقات لا تُعد فيها المحركات الخطية حلاً مناسبًا.

تشمل أنواع المحركات الخطية محركات المؤازرة الخطية، ومحركات الخطوة الخطية، ومحركات الحث الخطية، ومحركات الأنابيب الدافعة الخطية. عندما يكون محرك المؤازرة الخطي هو الخيار الأمثل لتطبيق معين، إليك ثلاثة أمور يجب مراعاتها عند اختيار المحرك في البداية.

الاعتبار "الأساسي": هل هو قلب حديدي أم بدون قلب حديدي؟
تتوفر محركات المؤازرة الخطية ذات الدفع المباشر بنوعين رئيسيين: ذات قلب حديدي أو بدون قلب حديدي، وذلك بحسب ما إذا كانت ملفات الجزء الأساسي (المشابه للجزء الثابت في المحرك الدوار) مثبتة في صفائح حديدية أو في مادة الإيبوكسي. ويُعدّ تحديد ما إذا كان التطبيق يتطلب محركًا خطيًا بقلب حديدي أو بدون قلب حديدي الخطوة الأولى في التصميم والاختيار.

تُعدّ المحركات الخطية ذات القلب الحديدي الأنسب للتطبيقات التي تتطلب قوى دفع عالية للغاية. ويعود ذلك إلى احتواء رقائق الجزء الأساسي على نتوءات تُركّز التدفق الكهرومغناطيسي نحو مغناطيسات الجزء الثانوي (على غرار الدوّار في المحرك الدوّار). هذا التجاذب المغناطيسي بين الحديد في الجزء الأساسي والمغناطيسات الدائمة في الجزء الثانوي يُتيح للمحرك توليد قوى عالية.

تتميز المحركات الخطية عديمة الحديد عمومًا بقدرات دفع أقل، لذا فهي غير مناسبة لمتطلبات الدفع العالية للغاية الموجودة في تطبيقات مثل الكبس والتشغيل الآلي والقولبة. لكنها تتفوق في عمليات التجميع والنقل عالية السرعة.

من عيوب تصميم القلب الحديدي ظاهرة التموج، التي تُقلل من سلاسة الحركة. يحدث التموج لأن تصميم الجزء الأساسي ذي الفتحات يجعله يتخذ مواضع "مفضلة" أثناء تحركه على طول مغناطيسات الجزء الثانوي. وللتغلب على ميل الجزء الأساسي إلى التوافق مع مغناطيسات الجزء الثانوي، يضطر المحرك إلى توليد قوة أكبر، مما يُسبب تموجًا في السرعة يُعرف بالتموج. يُؤدي هذا التباين في القوة وتموج السرعة إلى تقليل سلاسة الحركة، وهو ما قد يُشكل مشكلة كبيرة في التطبيقات التي تُعد فيها جودة الحركة أثناء التنقل (وليس فقط دقة تحديد الموضع النهائي) أمرًا بالغ الأهمية.

يستخدم المصنّعون طرقًا عديدة للحدّ من التذبذب. إحدى الطرق الشائعة هي تغيير موضع المغناطيسات (أو الأسنان)، مما يُسهّل حركة الأسنان الرئيسية فوق المغناطيسات الثانوية. ويمكن تحقيق تأثير مماثل بتغيير شكل المغناطيسات إلى شكل ثماني الأضلاع ممدود.

هناك طريقة أخرى للحد من ظاهرة التذبذب تُعرف باسم اللف الجزئي. في هذا التصميم، يحتوي الملف الابتدائي على عدد من أسنان الصفائح يفوق عدد المغناطيسات في الملف الثانوي، كما أن لمجموعة الصفائح شكلاً خاصاً. تعمل هاتان الميزتان معاً على إلغاء قوى التذبذب. وبالطبع، يوفر البرنامج دائماً حلاً. تسمح خوارزميات مكافحة التذبذب لمحركات المؤازرة ووحدات التحكم بضبط التيار المُزوَّد للملف الابتدائي بحيث يتم تقليل التغيرات في القوة والسرعة إلى أدنى حد.

لا تعاني المحركات الخطية عديمة الحديد من ظاهرة التموج، لأن ملفاتها الأولية مغلفة بالإيبوكسي، بدلاً من لفها حول رقائق فولاذية. كما تتميز محركات المؤازرة الخطية عديمة الحديد بكتلة أقل (الإيبوكسي أخف وزنًا، وإن كان أقل صلابة، من الفولاذ)، مما يسمح لها بتحقيق أعلى قيم التسارع والتباطؤ والسرعة القصوى في الأنظمة الكهروميكانيكية. وعادةً ما تكون أوقات الاستقرار أفضل (أقصر) في المحركات عديمة الحديد مقارنةً بنظيراتها ذات القلب الحديدي. كما أن غياب الفولاذ في الملف الأولي، وما يترتب عليه من انعدام ظاهرة التموج أو تذبذب السرعة، يعني أيضًا أن المحركات الخطية عديمة الحديد قادرة على توفير حركة بطيئة وثابتة للغاية، عادةً مع تباين في السرعة أقل من 0.01%.

ما هو مستوى التكامل المطلوب؟
على غرار المحركات الدوارة، تُعد محركات المؤازرة الخطية مكونًا واحدًا فقط في نظام الحركة. يتطلب نظام المحرك الخطي الكامل أيضًا محامل لدعم وتوجيه الحمل، وإدارة الكابلات، ونظام تغذية راجعة (عادةً ما يكون مشفرًا خطيًا)، ومحرك مؤازر ووحدة تحكم. يمكن لمصنعي المعدات الأصلية وبناة الآلات ذوي الخبرة العالية، أو أولئك الذين لديهم متطلبات تصميم أو أداء فريدة للغاية، بناء نظام كامل باستخدام إمكانياتهم الداخلية ومكونات جاهزة من مختلف الشركات المصنعة.

يُعتبر تصميم أنظمة المحركات الخطية أبسط بكثير من تصميم الأنظمة القائمة على الأحزمة أو التروس أو البراغي. فهي تحتوي على عدد أقل من المكونات وخطوات تجميع أقل استهلاكًا للوقت والجهد (لا حاجة لمحاذاة دعامات براغي الكرات أو شد الأحزمة). كما أن المحركات الخطية لا تلامسية، لذا لا داعي للقلق بشأن تزييت وحدة القيادة أو ضبطها أو صيانتها. أما بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية وبناة الآلات الذين يبحثون عن حلول متكاملة، فهناك خيارات عديدة للمشغلات الخطية الكاملة، والمراحل عالية الدقة، وحتى أنظمة الإحداثيات الكارتيزية وأنظمة البوابات.

هل البيئة مناسبة لمحرك خطي؟
تُعدّ المحركات الخطية الحل الأمثل في البيئات الصعبة، كغرف الأبحاث النظيفة وبيئات الفراغ، نظرًا لقلة أجزائها المتحركة وإمكانية دمجها مع أي نوع من أنظمة التوجيه الخطي أو إدارة الكابلات لتلبية متطلبات توليد الجسيمات وانبعاث الغازات ودرجة الحرارة في التطبيق. وفي الحالات القصوى، يمكن استخدام المسار المغناطيسي (المسار الثانوي) كجزء متحرك، بينما يبقى الجزء الأساسي (الملفات، بما في ذلك الكابلات ونظام إدارة الكابلات) ثابتًا.

لكن إذا كانت البيئة ستتكون من رقائق معدنية أو غبار معدني أو جزيئات معدنية، فقد لا يكون محرك السيرفو الخطي الخيار الأمثل. وينطبق هذا بشكل خاص على المحركات الخطية ذات القلب الحديدي، لأن تصميمها مفتوح بطبيعته، مما يجعل مسار المغناطيس عرضة للتلوث. يوفر التصميم شبه المغلق للمحركات الخطية عديمة القلب الحديدي حماية أفضل، ولكن يجب الحرص على عدم تعريض الفتحة الموجودة في الجزء الثانوي لمصادر التلوث بشكل مباشر. توجد خيارات تصميمية لتغليف كل من المحركات الخطية ذات القلب الحديدي والمحركات عديمة القلب الحديدي، ولكن هذه الخيارات قد تقلل من قدرة المحرك على تبديد الحرارة، مما قد يؤدي إلى ظهور مشكلة أخرى.