שלבי מנוע ליניאריים שלמים - כולל לוח בסיס, מנוע ליניארי, מובילים ליניאריים, מקודד ובקרות.

מנועי סרוו ליניאריים בעלי הנעה ישירה חוו עלייה ניכרת באימוץ בשנים האחרונות, בין היתר הודות לדרישות המשתמשים הסופיים לתפוקה גבוהה יותר ודיוק טוב יותר. ולמרות שמנועים ליניאריים מוכרים לרוב בזכות יכולתם לספק שילוב של מהירויות גבוהות, מהלכים ארוכים ודיוק מיקום מעולה שאינו אפשרי עם מנגנוני הנעה אחרים, הם יכולים גם להשיג תנועה איטית, חלקה ומדויקת ביותר. למעשה, טכנולוגיית מנועים ליניאריים מספקת מגוון כה רחב של יכולות - כוח דחף, מהירות, תאוצה, דיוק מיקום וחזרתיות - עד כי ישנם יישומים מעטים עבורם מנועים ליניאריים אינם פתרון מתאים.

וריאציות של מנועים ליניאריים כוללות מנועי סרוו ליניאריים, מנועי צעד ליניאריים, מנועי אינדוקציה ליניאריים ומנועים ליניאריים בצינור דחף. כאשר מנוע סרוו ליניארי הוא האפשרות הטובה ביותר עבור יישום מסוים, הנה שלושה דברים שיש לקחת בחשבון במהלך בחירת המנוע הראשונית.

השיקול ה"עיקרי": ליבת ברזל או ללא ברזל?
מנועי סרוו ליניאריים עם הנעה ישירה מגיעים בשני סוגים עיקריים, עם ליבת ברזל או ללא ברזל, בהתאם לסוגים השונים של החלק העיקרי (בדומה לסטטור במנוע סיבובי) מורכבים בשכבת למינציה מברזל או באפוקסי. ההחלטה האם היישום דורש מנוע ליניארי עם ליבת ברזל או ללא ברזל היא בדרך כלל הצעד הראשון בתכנון ובבחירה.

מנועים ליניאריים בעלי ליבת ברזל מתאימים ביותר ליישומים הדורשים כוחות דחף גבוהים במיוחד. הסיבה לכך היא שהלמינציה של החלק העיקרי מכילה שיניים (בליטות) הממקדות את השטף האלקטרומגנטי לעבר המגנטים של החלק המשני (בדומה לרוטור במנוע סיבובי). משיכה מגנטית זו בין הברזל בחלק העיקרי למגנטים הקבועים בחלק המשני מאפשרת למנוע לספק כוחות גבוהים.

למנועים ליניאריים ללא ברזל יש בדרך כלל יכולות כוח דחף נמוכות יותר, ולכן הם אינם מתאימים לדרישות הדחף הגבוהות במיוחד הנמצאות ביישומים כגון כבישה, עיבוד שבבי או יציקה. אך הם מצטיינים בהרכבה והובלה במהירות גבוהה.

החיסרון של עיצוב ליבת הברזל הוא קפיצת גלגלים (cogging), אשר פוגעת בחלקות התנועה. קפיצת גלגלים מתרחשת מכיוון שהעיצוב המחורץ של החלק העיקרי גורם לו להיות בעל מיקומים "מועדפים" כשהוא נע לאורך המגנטים של החלק המשני. כדי להתגבר על הנטייה של החלק העיקרי להתיישר עם המגנטים של החלק המשני, המנוע צריך לייצר יותר כוח, מה שגורם לאדוות מהירות - המכונה קפיצת גלגלים. וריאציה זו של כוח ואדוות מהירות פוגעת בחלקות התנועה, דבר שיכול להיות בעיה משמעותית ביישומים שבהם איכות התנועה במהלך התנועה (לא רק דיוק המיקום הסופי) חשובה.

ישנן שיטות רבות בהן משתמשים יצרנים כדי להפחית את קשירת הגלגל. גישה נפוצה אחת היא להטות את מיקום המגנטים (או השיניים), וליצור מעברים חלקים יותר כאשר השיניים הראשוניות נעות על פני המגנטים המשניים. ניתן להשיג אפקט דומה על ידי שינוי צורת המגנטים למתומן מוארך.

שיטה נוספת להפחתת קוגינג מכונה סליל חלקי (Fractional Spinning). בתכנון זה, הראשוני מכיל יותר שיני למינציה מאשר מגנטים במשני, ולערימת הלמינציה יש צורה מיוחדת. יחד, שני שינויים אלה פועלים לביטול כוחות הקוגינג. וכמובן, תוכנה תמיד מציעה פתרון. אלגוריתמים נגד קוגינג מאפשרים להנעות סרוו ובקרים להתאים את הזרם המסופק למודל הראשוני כך שהשינויים בכוח ובמהירות ימזערו.

מנועים ליניאריים ללא ברזל אינם חווים קוגינג, מכיוון שהסלילים הראשוניים שלהם עטופים באפוקסי, במקום להיות מלופפים סביב ציפוי פלדה. ולמנועי סרבו ליניאריים ללא ברזל יש מסה נמוכה יותר (אפוקסי קל יותר, אם כי פחות נוקשה, מפלדה), מה שמאפשר להם להשיג כמה מערכי התאוצה, ההאטה והמהירות המרבית הגבוהים ביותר הנמצאים במערכות אלקטרו-מכניות. זמני התייצבות בדרך כלל טובים יותר (נמוכים יותר) עבור מנועים ללא ברזל מאשר עבור גרסאות בעלות ליבת ברזל. היעדר פלדה בראשי, וחוסר הקוגינג או אדוות מהירות הנלווה, פירושו גם שמנועים ליניאריים ללא ברזל יכולים לספק תנועה איטית ויציבה מאוד, בדרך כלל עם וריאציה של פחות מ-0.01 אחוז מהירות.

איזו רמת אינטגרציה?
כמו מנועים סיבוביים, מנועי סרוו ליניאריים הם רק רכיב אחד במערכת תנועה. מערכת מנועים ליניארית שלמה דורשת גם מיסבים לתמיכה והכוונת העומס, ניהול כבלים, משוב (בדרך כלל מקודד ליניארי), והינע ובקר סרוו. יצרני ציוד מקורי (OEM) ובוני מכונות מנוסים מאוד, או כאלה שיש להם דרישות עיצוב או ביצועים ייחודיות מאוד, יכולים לבנות מערכת שלמה עם יכולות פנימיות ורכיבים מוכנים מהמדף מיצרנים שונים.

ניתן לטעון שתכנון מערכות מנועים ליניאריים פשוט יותר מתכנון מערכות המבוססות על רצועות, מתלים וגלגלי שיניים, או ברגים. ישנם פחות רכיבים ופחות שלבי הרכבה עתירי עבודה (אין יישור של תומכי בורג הכדור או מתיחת רצועות). ומנועים ליניאריים הם ללא מגע, כך שמתכננים אינם צריכים לדאוג לגבי ביצוע הוראות לשימון, התאמות או תחזוקה אחרת של יחידת ההינע. אבל עבור יצרני ציוד מקורי (OEM) ובוני מכונות המחפשים פתרון מוכן לשימוש, ישנן אפשרויות רבות למפעילים מונעי מנוע ליניאריים שלמים, שלבים מדויקים ואפילו מערכות קרטזיות וגנטרי.

האם הסביבה מתאימה למנוע ליניארי?
מנועים ליניאריים הם לעתים קרובות הפתרון המועדף בסביבות קשות, כגון חדרים נקיים וסביבות ואקום, מכיוון שיש להם פחות חלקים נעים וניתן לשלב אותם כמעט עם כל סוג של מוביל ליניארי או ניהול כבלים כדי לעמוד בדרישות יצירת החלקיקים, פליטת הגזים והטמפרטורה של היישום. ובמקרים קיצוניים, ניתן להשתמש בחלק המשני (מסלול המגנט) כחלק נע, כאשר החלק העיקרי (סלילי הגלגל, כולל כבלים וניהול כבלים) נשאר נייח.

אבל אם הסביבה תהיה מורכבת משבבי מתכת, אבק מתכתי או חלקיקי מתכת, מנוע סרבו ליניארי לא בהכרח יהיה האפשרות הטובה ביותר. זה נכון במיוחד עבור מנועים ליניאריים בעלי ליבת ברזל מכיוון שעיצובם פתוח מטבעו, מה שמשאיר את מסילת המגנט חשופה לזיהום. העיצוב הסגור למחצה של מנועים ליניאריים ללא ברזל מספק הגנה טובה יותר, אך יש לנקוט משנה זהירות כדי להבטיח שהחריץ בחלק המשני אינו חשוף ישירות למקורות זיהום. ישנן אפשרויות עיצוב לסגירת מנועים ליניאריים בעלי ליבת ברזל וגם מנועים ליניאריים ללא ברזל, אך אלה עלולים להפחית את יכולתו של המנוע לפזר חום, ולהחליף בעיה אחת באחרת.