تُقدّم المحركات الخطية أداءً فائقًا، لذا فهي تتفوق في المعدات الطبية، والأتمتة الصناعية، والتعبئة والتغليف، وتصنيع أشباه الموصلات. علاوة على ذلك، تُعالج المحركات الخطية الحديثة مشكلة التكلفة والحرارة وتعقيد التكامل التي كانت تُعاني منها الإصدارات السابقة. وللتذكير، تتكون المحركات الخطية من ملف (الجزء الأساسي أو المُشغّل) ومنصة ثابتة تُسمى أحيانًا باللوحة أو الجزء الثانوي. وتتعدد أنواعها الفرعية، ولكن النوعين الأكثر شيوعًا في مجال الأتمتة هما المحركات الخطية عديمة الفرش ذات القلب الحديدي والمحركات الخطية عديمة الحديد.

تتفوق المحركات الخطية عمومًا على المحركات الميكانيكية. فهي تتميز بأطوال غير محدودة. وبفضل غياب المرونة والارتداد الموجودين في الأنظمة الميكانيكية، تتمتع بدقة عالية وقابلية تكرار ممتازة، وتستمر هذه الدقة طوال عمر الآلة. في الواقع، لا تحتاج سوى محامل التوجيه في المحرك الخطي إلى صيانة؛ أما باقي المكونات الفرعية فهي مقاومة للتآكل.

نقاط قوة المحركات الخطية ذات القلب الحديدي
تتكون المحركات الخطية ذات القلب الحديدي من ملفات ابتدائية تحيط بقلب حديدي، بينما يكون الملف الثانوي عادةً عبارة عن مسار مغناطيسي ثابت. تُعدّ هذه المحركات مثالية للاستخدام في عمليات قولبة الحقن، وآلات التشغيل، وآلات الضغط، نظرًا لقدرتها على توليد قوة عالية ومستمرة. مع ذلك، قد تتعرض هذه المحركات لظاهرة التعشيق، نتيجة لتغير قوة الجذب المغناطيسي للملف الثانوي على الملف الابتدائي أثناء حركته على المسار المغناطيسي. ويعود السبب في ذلك إلى قوة التوقف. يُعالج المصنّعون هذه الظاهرة بعدة طرق، إلا أنها تُشكّل مشكلةً عند الحاجة إلى حركة سلسة.

مع ذلك، تتمتع المحركات الخطية ذات القلب الحديدي بمزايا عديدة. فالاقتران المغناطيسي الأقوى (بين القلب الحديدي ومغناطيسات الجزء الثابت) يُنتج كثافة قوة عالية. لذا، تتميز هذه المحركات بقوة خرج أعلى من نظيراتها من المحركات الخطية عديمة القلب الحديدي. إضافةً إلى ذلك، تُبدد هذه المحركات كمية كبيرة من الحرارة لأن القلب الحديدي يُبدد الحرارة المتولدة من الملفات أثناء التشغيل، مما يُقلل المقاومة الحرارية بين الملفات والبيئة المحيطة بشكل أفضل من المحركات عديمة القلب الحديدي. وأخيرًا، يسهل دمج هذه المحركات لأن الجزء الثابت والجزء المتحرك متقابلان مباشرةً.

محركات خطية بدون حديد لحركات سريعة
المحركات الخطية عديمة الحديد لا تحتوي على الحديد في أجزائها الأولية، لذا فهي أخف وزنًا وتُنتج حركة ديناميكية أكبر. تُدمج الملفات في لوحة إيبوكسية. تحتوي معظم المحركات الخطية عديمة الحديد على مسارات على شكل حرف U مُبطنة من الداخل بمغناطيس. قد يُحد تراكم الحرارة من قوى الدفع لتكون أقل من تلك الموجودة في المحركات ذات القلب الحديدي المماثلة، لكن بعض الشركات المصنعة تعالج هذه المشكلة بتصميمات مبتكرة للقنوات والأجزائها الأولية.

تساهم فترات الاستقرار القصيرة في تعزيز ديناميكية المحركات الخطية عديمة الحديد، مما يتيح لها القيام بحركات سريعة ودقيقة. كما أن غياب قوى التجاذب بين الجزأين الابتدائي والثانوي يجعل تجميع هذه المحركات أسهل من تجميع المحركات ذات القلب الحديدي. إضافةً إلى ذلك، فإن محاملها الداعمة لا تتأثر بالقوى المغناطيسية، وبالتالي تدوم لفترة أطول.

تجدر الإشارة إلى أن المحركات الخطية تواجه صعوبة على المحاور الرأسية وفي البيئات القاسية. وذلك لأنه بدون وجود مكابح أو ثقل موازن، فإن المحركات الخطية (التي تعمل بطبيعتها بدون تلامس) تسمح للأحمال بالسقوط أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

بالإضافة إلى ذلك، قد تُولّد بعض البيئات القاسية غبارًا ونشارةً تلتصق بالمحركات الخطية، لا سيما في عمليات تشغيل الأجزاء المعدنية. وفي هذه الحالة، تكون المحركات الخطية ذات القلب الحديدي (ومساراتها المغناطيسية) الأكثر عرضةً للتلف. ولذا، تُدمج بعض المشغلات محركات خطية ذات قلب حديدي أو بدون قلب حديدي، مع تصميم مقاوم للغبار للعمل في مثل هذه البيئات. ويُزيل هذا التصميم الأخير المشاكل المرتبطة بالأغطية الواقية التقليدية التي تُستخدم لحماية المحاور الخطية.

متى يتم اختيار المحركات الخطية المتكاملة
تُعزز خاصية الدفع المباشر للمحركات الخطية الإنتاجية وديناميكيات النظام في العديد من التطبيقات الصناعية. كما تتضمن بعض المحركات الخطية أجهزة تشفير لتوفير بيانات الموقع، مما يجعل استخدامها سهلاً، حتى بالمقارنة مع الأنظمة القائمة على السيور والبراغي الكروية. وتتميز بعض هذه المحركات بتكاملها المحكم بين المحرك الخطي والدليل وجهاز التشفير البصري (أو المغناطيسي) لزيادة كثافة الطاقة.

يُثبّت جهاز التشفير في بعض المحركات بشكل أفقي، ما يضمن عدم تأثر موضعه بالصدمات الخارجية. ويمكن لبعض هذه الأنظمة العمل بسرعة تصل إلى 6 أمتار/ثانية مع تسارع يصل إلى 60 مترًا/ثانية² باستخدام مدخل تيار متردد 230 فولت. كما تتوفر وحدات بمدى حركة يتجاوز مترين. تتضمن العروض القياسية عادةً جهاز تشفير مغناطيسيًا لتوفير بيانات الموضع، مع توفر أجهزة تشفير بصرية لتحقيق دقة أعلى. وتشمل الخيارات الأخرى أنظمة متعددة المنزلقات، بالإضافة إلى أنظمة XY وأنظمة جسرية كاملة.

بالمقارنة مع وحدات لولبية الكرات التقليدية، توفر المشغلات القائمة على المحركات الخطية دقة وسرعة أفضل، حتى في ظل ظروف دفع متعددة، بفضل التشغيل المباشر. كما يعزز التكامل المحكم الإنتاجية والموثوقية. تتضمن بعض هذه المشغلات المحرك الخطي نفسه، وقاعدة، ودليل خطي عريض يدعم منزلقًا من الألومنيوم ومقياسًا بصريًا لتحديد الموضع. وعندما يكون المحرك الخطي بدون حديد، يمكن دمجه مع منزلق من الألومنيوم لتشكيل تصميم خفيف الوزن يتسارع بسرعة.

تتضمن بعض المحركات الخطية المدمجة منزلقات مزودة بوسادات تشحيم مدمجة لتوفير تشحيم صديق للبيئة. في هذه الحالة، تحتوي نهايات كتلة المنزلق على حاقنات شحم محكمة الإغلاق لتوزيع التشحيم عبر دوران الكرات الفولاذية. في بعض الحالات، توفر وسادات التشحيم الاختيارية تشحيمًا إضافيًا لضمان التشغيل طويل الأمد مع صيانة أقل، خاصةً على المحاور ذات الأشواط القصيرة.

تتميز المحركات الخطية عديمة الحديد الموجودة داخل بعض المشغلات بانعدام ظاهرة التعشيق، مما يسمح للمحور بحركات مستقرة سواءً كانت بطيئة أو سريعة. في بعض التصاميم، تصل دقة التكرار باستخدام مشفر خطي بصري إلى 2 مم. كما تتوفر بعض المشغلات بأشواط تتراوح من 152 إلى 1490 مم، وباستقامة تتراوح من 6 إلى 30 مم.

مثال خاص: تطبيقات الغرف النظيفة
يُعدّ خيار المحركات الخطية، التي تتكون أجزاؤها المتحركة من المغناطيس والسكك الحديدية، مناسبًا بشكل خاص للتطبيقات ذات الأشواط القصيرة ومعدلات الدورات العالية. في هذه الحالة، لا توجد مشاكل تتعلق بانقطاع الاتصال بسبب حركة الكابلات، ولا توجد مشاكل تتعلق بالبيئات المتربة. بل إن هذه المحركات تعمل بكفاءة في بيئات الفراغ وغرف التنظيف، وذلك لأن الملفات ثابتة، مما يُسهّل تبديد الحرارة إلى هياكل التثبيت. تُنتج بعض هذه المحركات الخطية قوة مستمرة تصل إلى 94.2 أو 188.3 نيوتن، وقوة قصوى تصل إلى 242.1 أو 484.2 نيوتن، وتستقبل تيارًا مستمرًا قدره 3.5 أو 7 أو 14 أمبير، حسب الإصدار. ويصل طول الشوط إلى 430 مم.

معلمات لتحديد مراحل المحرك الخطي
عند تحديد المشغلات أو المراحل بناءً على المحركات الخطية، ضع في اعتبارك المعايير التالية لكل جزء من ملف تعريف الحركة الخاص بالتصميم:

• ما هي حالة الحركة المعروفة؟
• ما هي كتلة الحمل، وكتلة النظام، والشوط الفعال، ووقت الحركة، ووقت التوقف؟
• ما هي حالة التشغيل، وأقصى جهد خرج، والتيار المستمر والتيار الذروي؟
• ما نوع دقة التشفير التي يحتاجها الإعداد؟ هل يجب أن تكون تناظرية أم رقمية؟
• في أي بيئة عمل سيعمل المشغل أو المنصة؟ ما هي درجة حرارة الغرفة؟ هل ستخضع الآلة لظروف فراغ أو غرفة نظيفة؟
• ما هي متطلبات التطبيق فيما يتعلق بدقة الحركة ودقة تحديد المواقع؟
• هل سيقوم المحرك الخطي أو المنصة بتحريك الأحمال أفقيًا أو رأسيًا أو بزاوية؟ هل سيتم تثبيت الجهاز على الحائط؟ هل يخضع لقيود المساحة؟

ستساعد الإجابة على هذه الأسئلة مهندسي التصميم في تحديد أنسب تصميم للمحرك الخطي لقطعة معينة من الآلات.