Lineaarimoottoria voidaan pitää pyörivänä servomoottorina, joka on rullattu auki ja asetettu vaakatasoon tuottamaan pohjimmiltaan lineaarista liikettä. Perinteinen lineaaritoimilaite on mekaaninen elementti, joka muuntaa pyörivän servomoottorin pyörimisliikkeen suoraviivaiseksi liikkeeksi. Molemmat tarjoavat lineaarista liikettä, mutta niillä on hyvin erilaiset suorituskykyominaisuudet ja kompromissit. Ei ole olemassa parempaa tai huonompaa teknologiaa – käytettävän tekniikan valinta riippuu sovelluksesta. Katsotaanpa asiaa tarkemmin.

Lineaarimoottoreiden nyrkkisääntönä on, että ne loistavat sovelluksissa, jotka vaativat suurta kiihtyvyyttä, suuria nopeuksia tai suurta tarkkuutta. Esimerkiksi puolijohdemetrologiassa, jossa resoluutio ja läpäisykyky ovat kriittisiä ja jopa tunnin seisokkiaika voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita, lineaarimoottorit tarjoavat ihanteellisen ratkaisun. Mutta entä vähemmän vaativa tilanne?

Lineaarimoottoreiden varhainen ongelma oli kustannuskilpailukyky. Lineaarimoottorit vaativat harvinaisten maametallien magneetteja, jotka ovat yksi iskunpituutta rajoittavista tekijöistä. Toki teoriassa magneetteja voidaan asettaa riviin käytännössä loputtomasti, mutta todellisuudessa, riittävän jäykkyyden varmistamisen haasteen lisäksi pitkällä iskunpituudella, kustannukset nousevat, erityisesti U-kanavaisissa malleissa.

Rautaytimiset moottorit voivat tuottaa saman voiman pienemmillä magneeteilla kuin vastaavat raudattomat mallit, joten jos ensisijainen vaatimus on lihasvoima ja suorituskykyvaatimukset ovat riittävän rentoja sietämään jonkin verran hammastusvoiman aiheuttamaa häiriötä, joka johtaa dynaamisiin sijainti- tai nopeusvirheisiin, rautaytiminen voisi olla paras lähestymistapa. Jos suorituskykyvaatimukset ovat vielä löyhempiä, mikronien luokkaa nanometrien sijaan, lineaaritoimilaiteyhdistelmä tarjoaa ehkä sopivimman kompromissin – valita lineaaritoimilaite esimerkiksi lääkepakkauksiin, mutta lineaarimoottori lääkekehityksen DNA-sekvensointiin.

Matkan pituus
Vaikka poikkeuksia on runsaasti, lineaarimoottoreiden optimaalinen iskunpituus vaihtelee muutamasta millimetristä useisiin metreihin. Tätä pienemmässä iskunpituudessa vaihtoehto, kuten taipuisa veto, saattaa olla tehokkaampi; edellä mainituissa tapauksissa hihnakäytöt ja sitten hammastanko-vetoiset rakenteet ovat luultavasti parempia vaihtoehtoja.

Lineaarimoottoreiden iskunpituutta rajoittavat paitsi kustannukset ja asennuksen vakaus myös kaapelien hallinta. Liikkeen aikaansaamiseksi voimanlähteen on oltava jännitteinen, mikä tarkoittaa, että virtakaapeleiden on kuljettava sen mukana koko iskunpituuden. Erittäin joustavat kaapelit ja niihin liittyvät kaapelikanavat ovat kalliita, ja se, että kaapelointi on liikkeenohjauksen suurin yksittäinen vikaantumiskohta, mutkistaa asiaa entisestään.

Lineaarimoottoreiden luonne voi tietenkin tarjota nerokkaan ratkaisun tähän ongelmaan. Jos meillä on näitä huolenaiheita, kiinnitämme voimanlähteen kiinteään alustaan ​​ja siirrämme magneettirataa. Tällä tavoin kaikki kaapelit tulevat kiinteään voimanlähteeseen. Saat moottorista hieman vähemmän kiihtyvyyttä, koska et kiihdytä kelaa, vaan magneettirataa, joka on painavampi. Jos tekisit tätä suurilla G-voimilla, se ei olisi hyvä ratkaisu. Jos sinulla ei todellakaan ole suurta G-voimaa vaativaa sovellusta, tämä voisi olla erittäin hyvä ratkaisu.

Profeta mainitsee Aerotechin lineaariservomoottorit, joiden huippuvoimat vaihtelevat 28–900 paunan välillä, mutta tässäkin lineaarimoottoreiden perusrakenne mahdollistaa ainutlaatuiset ratkaisut, jotka tarjoavat paljon enemmän. Meillä on asiakkaita, jotka ottavat suurimmat lineaarimoottorimme, yhdistävät kuusi kappaletta ja tuottavat lähes 6000 paunan voiman. Voit asentaa useita voimanlähteitä useille kiskoille, kiinnittää ne mekaanisesti yhteen ja sitten kommutoida ne kaikki yhdessä, jotta ne toimivat yhtenä moottorina; tai voit asentaa useita voimanlähteitä samalle magneettiradalle ja asentaa ne kuormaa kannattelevaan vaunuun ja käsitellä niitä yhtenä moottorina.

Koska elämme todellisessa maailmassa ja kommutoinnin täsmällinen sovittaminen on mahdotonta, tästä lähestymistavasta aiheutuu muutaman prosentin tehokkuusrangaistus, mutta se voi silti tuottaa parhaan kokonaisratkaisun tietyssä sovelluksessa.

Päätä päätä vastaan
Voiman näkökulmasta, miten lineaarimoottorit pärjäävät verrattuna pyörivään moottoriin ja lineaaritoimilaitteeseen? Voiman suhteen on merkittävä kompromissi. Vertaamme 4 tuuman levyistä, kahdeksannapaista urotonta lineaarimoottoria 4 tuuman levyiseen ruuvikäyttöiseen tuotteeseen. Kahdeksannapaisen lineaarimoottorimme huippuvoima on 40 paunaa (180 N) ja jatkuva voima 11 paunaa (50 N). Samassa profiilissa NEMA 23 -servomoottorin ja ruuvikäyttöisen tuotteemme kanssa suurin aksiaalikuorma on 200 paunaa (90 kg), joten jos asiaa katsoo tällä tavalla, jatkuva voima pienenee käytännössä 20-kertaisesti.

Hän huomauttaa nopeasti, että todelliset tulokset vaihtelevat ruuvin nousun, ruuvin halkaisijan, moottorin käämien ja moottorin rakenteen mukaan, ja niitä rajoittavat ruuvia tukevat aksiaalilaakerit. Yrityksen 13 tuumaa leveä rautaytiminen lineaarimoottori voi tuottaa 1600 paunan huippuaksiaalivoiman verrattuna esimerkiksi 6 tuumaa leveän ruuvikäyttöisen tuotteen 440 paunaan, mutta luovutettu tila on huomattava.

Poliittista iskulausetta mukaillen, kyse on sovelluksesta, tyhmä. Jos voimatiheys on ensisijainen huolenaihe, toimilaite on luultavasti paras valinta. Jos sovellus vaatii reagointikykyä, esimerkiksi erittäin tarkassa ja kiihtyvässä sovelluksessa, kuten LCD-tarkastuksessa, jalanjäljen ja voiman suhde on kannattava tarvittavan suorituskyvyn saavuttamiseksi.

Pidä se puhtaana
Kontaminaatio on merkittävä ongelma liikkeenohjauksessa valmistusympäristöissä, eivätkä lineaarimoottorit ole poikkeus. Yksi suuri ongelma lineaarimoottoreiden vakiosuunnittelussa on altistuminen kontaminaatiolle, kuten kiinteille hiukkasille tai kosteudelle. Tämä pätee 'tasamalleihin' ja on pienempi ongelma [U-kanavaisiin] malleihin.

Ratkaisun täydellinen tiivistäminen on erittäin vaikeaa. Et halua olla kosteassa ympäristössä. Jos aiot käyttää lineaarimoottoria vesileikkaussovelluksessa, sinun on kohdistettava siihen ylipaine ja varmistettava, että se on hyvin suojattu, koska lineaarimoottorin elektroniikka on aivan toimilaitteen lähellä.

U-kanavarakenteissa U:n kääntäminen ylösalaisin voi minimoida hiukkasten pääsyn kanavaan, mutta se aiheuttaa lämmönhallintaongelmia, jotka voivat heikentää suorituskykyä, koska magneettikiskon massaa liikutetaan voimanlähteen massan sijaan. Jälleen kerran kyse on kompromissista, ja jälleen kerran sovellus ohjaa käyttöä.

Lineaarimoottoriin ei vaikuta pelkästään ympäristö – lineaarimoottori voi aiheuttaa ongelmia ympäristön kanssa. Toisin kuin pyörivissä malleissa, lineaariyksiköiden suuret magneetit voivat aiheuttaa tuhoa magneettisesti herkissä ympäristöissä, esimerkiksi magneettikuvauslaitteissa (MRI). Se voi olla ongelma jopa yksinkertaisemmissa sovelluksissa, kuten metallinleikkauksessa. Nämä suurvoimamagneetit yrittävät vetää jokaisen näistä metallilastuista magneettiradalle, joten lineaarimoottorit eivät toimi hyvin tällaisissa sovelluksissa ilman asianmukaista suojausta.

Tietoja noista sovelluksista…
Missä lineaarimoottoreiden sovellus on siis optimaalinen? Ensinnäkin metrologiassa, esimerkiksi puolijohteiden, LED- ja LCD-valmistuksessa. Myös suurten kylttien digitaalinen painatus on kasvava markkina-alue, kuten myös biolääketieteen sektori. Myös pienten osien valmistus. Asiakkaamme järjestävät lineaarimoottoreista pareja portaalikokoonpanoihin kokoonpanotehtäviä varten. Haluamme saada mahdollisimman suuren tuotekapasiteetin, joten näiden moottoreiden tarjoama suuri kiihtyvyys ja nopeus on eduksi. Yksi asia, jota olemme tehneet viime aikoina, on polttokennojen valmistus; sapluunaleikkaus on toinen.