Lineaarimoottorit voivat saavuttaa suuria kiihtyvyyksiä ja pitkiä liikematkoja hyvillä työntövoimilla ja erittäin korkeilla paikannustarkkuuksilla, kun taas muiden käyttömekanismien, kuten hihnojen, ruuvien tai hammastankojen ja hammaspyörien, on uhrattava ainakin yksi näistä vaatimuksista muiden saavuttamiseksi. Tästä syystä lineaarimoottorit ovat ensisijainen valinta erittäin dynaamisiin sovelluksiin, kuten metrologiaan ja puolijohdevalmistukseen.

Itse asiassa suorituskykytietojensa perusteella lineaarimoottorit näyttävät olevan täydellinen ratkaisu lineaariliikesovelluksissa usein esiintyvien kilpailevien vaatimusten täyttämiseen. Mutta tämä herättää kysymyksen: "Miksi lineaarimoottoreita ei käytetä laajemmin?"

Ymmärtääksemme, miksi lineaarimoottoreiden käyttöönottoaste on edelleen jäljessä muista käyttötekniikoista – kuten hihnoista, ruuveista tai hammastankokäytöistä – tarkastellaan lineaarimoottoreiden suunnittelun etuja ja haittoja.

Lämmöntuotanto ja -häviö

Moottorin – olipa se pyörivä tai lineaarimoottori – mitoituksessa ja valinnassa yksi tärkeimmistä huomioista on lämpö. Itse asiassa vääntömomentti- (tai voima-) nopeuskäyrät, jotka kuvaavat tietyn moottorikäyttöyhdistelmän jatkuvia ja ajoittaisia ​​käyttöalueita, perustuvat moottorin kykyyn johtaa lämpöä tietyissä käyttöolosuhteissa.

Lämmöntuotto voi olla lineaarimoottoreille jopa ongelmallisempaa kuin pyöriville moottoreille, koska kuorma on kiinnitetty voimanlähteeseen, joka sisältää moottorin käämit. (Joissakin lineaarimoottoreissa kuorma voidaan kiinnittää magneettikiskoon, vaikka tämä voi olla mahdollista vain lyhyillä iskuilla.) Ja raudattomissa lineaarimoottoreissa käämit on kapseloitu epoksilla, jotka eivät haihdu lämpöä yhtä helposti kuin metallit, kuten rauta tai alumiini.

Tämä tarkoittaa, että lämpö siirtyy helposti kuormaan ja ympäröiviin komponentteihin, mikä aiheuttaa lämpölaajenemista, hajoamista tai äärimmäisissä tapauksissa vaurioita tai vikoja. Vaikka kuorma ei muuttuisikaan, lämmön kertyminen voi vähentää moottorin jatkuvaa voimantuottoa. Tämän torjumiseksi jotkut sovellukset vaativat pakotettua ilma- tai nestejäähdytystä, mikä lisää kustannuksia, jalanjälkeä ja monimutkaisuutta.

Suojaus kontaminaatiolta

Avoimen rakenteensa ja paljaiden magneettiensa vuoksi litteitä, rautaytimisiä lineaarimoottoreita ja U-kanavaisia ​​raudattomia malleja voi olla vaikea suojata epäpuhtauksilta. Vaikka tukevia lineaarijohteita voidaan suojata erilaisilla valmiilla tiivisteillä ja kaapimilla, lineaarimoottorin paljaat magneetit voivat vetää puoleensa rautahiukkasia koneistustoiminnoista tai yksinkertaisesti ilmassa leijuvasta epäpuhtaudesta, jota usein esiintyy valmistus- ja tehdasympäristöissä. Ja nestemäinen epäpuhtaus voi vahingoittaa herkkää elektroniikkaa tai häiritä takaisinkytkentäjärjestelmiä.

Tietenkin suojat ja ulkoiset rakenteet voidaan suunnitella suojaamaan likaantumiselta, mutta ne voivat vaikeuttaa moottorin lämmönjohtamista, mikä pahentaa edellä kuvattuja lämpöön liittyviä ongelmia.

Tärinän ja värähtelyjen kompensointi

Yksi lineaarimoottoriratkaisun keskeisistä myyntivalteista on, että se poistaa mekaanisten voimansiirtokomponenttien, kuten ruuvien, hihnojen, vaihteistojen ja kytkimien, tarpeen moottorin ja kuorman välillä. Tämä tarkoittaa, että lineaarimoottorit eivät kärsi välyksen, kiertymisen ja joustavuuden vaikutuksista, mikä on tärkeä tekijä niiden kyvyssä saavuttaa erittäin korkea paikannustarkkuus ja suorittaa erittäin dynaamisia liikkeitä nopealla kiihdytyksellä ja hidastuksella.

Mutta mekaaniset voimansiirtokomponentit voivat olla hyödyllisiä liikejärjestelmässä tarjoamalla vaimennusmekanismin värähtelyille ja vaimentamalla häiriöitä, kuten työstövoimien reaktioita tai kuorman liikkeen aiheuttamia tärinöitä. Ja ilman tätä "sisäänrakennettua" vaimennusvaikutusta värähtelyt ja tärinät voivat estää lineaarimoottoreita saavuttamasta haluttua paikannustarkkuutta tai asettumisaikaa.

Jotta järjestelmä voi reagoida näiden vaimentamattomien värähtelyjen ja heilahtelujen vaikutuksiin ja tehdä korjauksia niiden suhteen, lineaarimoottorijärjestelmät vaativat usein korkeamman taajuuden nopeuden, paikan ja virran (voiman) säätösilmukoita sekä suuremman virtasilmukan kaistanleveyden. Myös paikan takaisinkytkentäjärjestelmän – tyypillisesti optisen tai magneettisen lineaarianturin – resoluution on oltava suurempi, jotta ohjain voi seurata moottorin ja kuorman sijaintia tarkemmin. Jopa koneen rungon tai tukirakenteen on oltava riittävän jäykkä (korkealla ominaistaajuudella), jotta se pysyy suhteellisen epäherkkä iskuille ja tärinälle ja kestää lineaarimoottorin tuottamat voimat.

Toisin sanoen, koska värähtelyjen ja häiriöiden kompensoimiseksi on vähemmän komponentteja, takaisinkytkentä- ja ohjaussilmukoiden on kyettävä kommunikoimaan nopeammin ja tarkemmin, jotta järjestelmä saavuttaa dynaamisen ja tarkan suorituskyvyn.

Alkuperäiset kustannukset verrattuna kokonaiskustannuksiin

Ja lopuksi, yksi lineaarimoottoreiden laajamittaisen käyttöönoton keskeisistä rajoittavista tekijöistä on edelleen niiden alkukustannukset. Vaikka vertailuja on runsaasti, jotka osoittavat lineaarimoottoriratkaisujen alhaisemmat kokonaiskustannukset (TCO) perinteisiin hihna-, ruuvi- tai hammastanko- ja hammaspyöräratkaisuihin verrattuna joissakin sovelluksissa, lineaarimoottorijärjestelmän alkukustannukset ovat edelleen este käyttöönotolle insinööreille ja suunnittelijoille, joiden tehtävänä on täyttää suorituskykyvaatimukset rajoitetun budjetin rajoissa. Esimerkkinä tästä: Sovelluksissa, joissa on erittäin pitkät liikeradat – yksi alueista, joilla lineaarimoottoriratkaisut ovat erinomaisia ​​– magneettien ja korkean resoluution lineaarianturien kustannukset liikeradan vaatimusten täyttämiseksi voivat hinnoitella lineaarimoottoriratkaisun pois harkinnasta.

Epäperinteiset sovellukset vauhdittavat lineaarimoottoreiden käyttöönottoa

Lämmönmuodostuksen, kontaminaatiosuojauksen, suuren kaistanleveyden säätöjen ja kustannusten aiheuttamista mahdollisista vaikeuksista huolimatta lineaarimoottoreiden käyttöönotto on kasvussa. Aiemmin puolijohde-, metrologia- ja raskaskoneistussovellusten niche-ratkaisuina pidettyjä rautaytimisiä, raudattomia ja putkimaisia ​​lineaarimoottoreita käytetään nyt autoteollisuudessa, elintarvike- ja pakkausteollisuudessa sekä painosovelluksissa, joissa liikkeet eivät välttämättä ole yhtä haastavia tai tarkkuusvaatimukset yhtä vaativia, mutta joissa vähempien komponenttien, lyhyempien seisokkiaikojen ja suuremman läpimenon edut oikeuttavat lisäkustannukset ja suunnittelunäkökohdat.