הנה כמה שאלות שמהנדסים ומעצבים צריכים לשאול לפני בחירת מפעילים ליניאריים.

מתכננים המתכוננים לבחור מפעיל ליניארי עבור מכשיר או מכונה ספציפיים צריכים להכין רשימת שאלות מוכנה לשאול ספקים ויצרנים של מכשירים אלה. רשימות אלה מכילות בדרך כלל שאלות נפוצות (FAQs), ורוב החברות המוכרות מפעילים מוכנות אליהן. אך ספקים אלה, במקרים רבים, מצפים שקונים פוטנציאליים ישאלו שאלות אחרות, אולי חוקרניות וחושפניות יותר: מה שנקרא שאלות נפוצות (iFAQs).

הנה שתי שאלות שמהנדסים צריכים לשאול כאשר הם שוקלים לציין מפעילים ליניאריים.

ש. אני צריך מהירות ודיוק לאורך זמן. איזה סוג של מפעיל עליי להשתמש?

א. זו שאלה חכמה לשאול. מהנדסי תכנון רבים מעריכים יתר על המידה את דיוק המנועים והמפעילים המסורתיים לאורך מסלולים ארוכים. הם מאמינים בטעות שאם המפעיל יעבוד היטב לאורך מסלולים קצרים, הוא יעבוד באותה מידה גם לאורך מסלולים ארוכים. למרות שסוגים רבים של מערכות ליניאריות עומדים בשתיים משלוש הדרישות שמהנדסים רוצים בדרך כלל (אורכי תנועה ארוכים, מהירות גבוהה ודיוק מיקום גבוה), מפעילי מנוע ליניאריים הם היחידים המספקים את שלושתם ללא פשרות. הם משמשים לעתים קרובות בייצור מוליכים למחצה, בדיקת מוצרי אלקטרוניקה, יישומים רפואיים ומדעי החיים, כלי עבודה, יישומי הדפסה ואריזה.

כדי לספק מעט רקע, בואו נגדיר מנועים ליניאריים. בעיקרו של דבר, מנוע ליניארי הוא מנוע סיבובי שנפרש ומונח שטוח. זה מאפשר למנוע להתחבר ישירות לעומס הליניארי. לעומת זאת, עיצובים אחרים משתמשים במנוע סיבובי ומחברים אותו באמצעות מכניקה, מה שיכול לגרום לשינוי תנועה, הפסדי יעילות ואי דיוקים אחרים. למנועים ליניאריים נוטים גם להיות בעלי מהירויות מקסימליות גבוהות יותר בהשוואה לברגים כדוריים בעלי אורך מהלך זהה.

שלושה סוגים עיקריים של מנועים ליניאריים נמצאים בשימוש כיום. הראשון הוא מנוע ליבה ברזלית, בעל סלילים המלופפים סביב שיניים העשויות מחומרים ברזליים ועטופים בלמינציה. למנועים אלה יש את הכוח הגבוה ביותר לגודל והעברת חום טובה, והם בדרך כלל הזולים ביותר. עם זאת, ברזל במנוע מוביל לעלייה בקוגינג (מומנט עקב אינטראקציות בין המגנטים של המנוע), ולכן הם לרוב פחות מדויקים מהסוג השני, מנועים ליניאריים ללא ברזל.

כפי שמשתמע משמו, מנועים ליניאריים ללא ברזל אינם מכילים ברזל בפנים. הכוח הוא למעשה לוח אפוקסי שבתוכה הוכנסו סלילי נחושת כרוכים היטב. הוא מחליק בין שתי שורות של מגנטים הפונים זה לזה. (זה ידוע גם כדרך מגנטית מסוג U-channel). מוט מרווח בצד אחד של המגנטים מחבר אותם יחד. היתרונות העיקריים של מנועים ללא ברזל הם כוחות משיכה נמוכים יותר וחוסר סיבוב גלגל שיניים. זה הופך אותם למדויקים יותר ממנועי ליבת ברזל. עם זאת, שתי שורות של מגנטים הופכות יחידות ללא ברזל ליקרות יותר מגרסאות ליבת ברזל. ניהול העברת חום יכול להיות גם קשה, ולכן חשוב להבין מוקדם האם יישום מסוים עלול להסתכן בחימום יתר. למנועים ללא הברזל החדשים ביותר כוללים סלילים חופפים המספקים מגע משטחי רב יותר לפיזור חום. עיצוב זה גם מאפשר למנוע צפיפות כוח גבוהה יותר.

הסוג השלישי והאחרון הם מנועים ליניאריים ללא חריצים, שהם בעצם היברידים של שני הסוגים הראשונים. למנוע ללא חריצים יש שורה אחת של מגנטים כמו ליבת ברזל, מה שעוזר לשמור על מחירו נמוך יותר. ברזל אחורי מצופה למינציה מבטיח העברת חום טובה, כמו גם כוחות משיכה וקוג נמוכים יותר ממנועי ליבת ברזל. מנועים ללא חריצים מציעים גם את היתרון של פרופיל גובה נמוך יותר מאשר מנועי ליבת ברזל בנוסף למחירם הנמוך. עבור מתכננים שנותנים עדיפות לשמור על רכיבים במכונות שלהם קטנים ככל האפשר, כל מילימטר של מקום שנחסך יכול להיות קריטי.

ש. כיצד אוכל לדעת אם מפעיל נתון מתאים לשימוש בסביבה ספציפית?

א. לעתים קרובות מדי, מהנדסי תכנון בוחרים מפעילים בנפרד ואינם שוקלים היכן ייעשה בהם שימוש. למפעילים ליניאריים יש חלקים נעים קריטיים שפועלים כראוי רק בסביבות שעבורן הם תוכננו ויוצרו. שימוש במפעיל ליניארי לא מתאים עלול לגרום לבעיות החל מפעולה לא נכונה ועד נזק בלתי הפיך למפעיל עצמו. עבור יישומים "מלוכלכים", כגון כלי חיתוך שזורק חלקיקים וגרוטאות, המפעיל ידרוש איטום ומיגון כדי להגן עליו מפני מזהמים.

מנקודת מבט הפוכה, מפעיל ללא הגנה מתאימה עלול להכניס זיהום לסביבה נקייה, ולסכן את היישום. בלאי רגיל יגרמו לשלבים ליניאריים לייצר חלקיקים לאורך זמן. חדרים נקיים או סביבות ואקום מוגבלים לעתים קרובות לשימוש בציוד שאינו משחרר חלקיקים, ולכן חיוני שמפעילים המשמשים בסביבות אלו יצוידו באטמים ומגנים כדי למנוע חדירת חלקיקים לסביבה. חלק מההתקנים המכניים המספקים תנועה ליניארית, כמו בעיבוד מוליכים למחצה, נעים רק מיקרונים בכל פעם, כך שאפילו כמות הזיהום הקטנה ביותר עלולה לפגוע ולהרוס יישום.

אטמים ומגנים מגנים על רכיבים קריטיים מחשיפה לסביבות קשות, ומאפשרים למפעילים ליניאריים לפעול כפי שתוכננו. עבור סביבות נקיות, אטמים ומגנים מגנים על סביבת היישום מפני מזהמים אפשריים שנוצרים על ידי המפעיל - ולא על ידי המפעיל עצמו. בנוסף לאטמים ולמגנים, ניתן לתכנן מפעילים ליניאריים בהתאמה אישית עם פתחי לחץ חיובי המטהרים מזהמים בתוך היחידה, תוך שמירה על ביצועים ומחזור חיים מקסימליים.

יש לקחת בחשבון מגוון גורמים סביבתיים בעת בחירת מפעילים ליניאריים. אלה כוללים טמפרטורות סביבה, נוכחות לחות, חשיפה לכימיקלים וגזים (מלבד אוויר החדר), קרינה, רמת לחץ האוויר (עבור יישומים המבוצעים בוואקום), ניקיון וציוד בקרבת מקום. לדוגמה, האם יש ציוד בסביבה שיכול להעביר רעידות שישפיעו על ביצועי השלב הליניארי?

דירוג הגנה מפני חדירת אלמנטים (IP) של שלב ליניארי, אשר בדרך כלל מופיע במפרט שלו, מציין האם יש לו את ההגנה המתאימה מפני סביבות ספציפיות. דירוגי IP הם רמות מוגדרות של יעילות האטימות של המארז מפני חדירת גופים זרים (אבק ולכלוך) ורמות לחות שונות.

דירוגי אטימות נקבעים כ-"IP-" ואחריהם שתי ספרות. הספרה הראשונה מציינת את מידת ההגנה מפני חלקים נעים וגופים זרים. הספרה השנייה מזהה את רמת ההגנה מפני חשיפה לרמות שונות של לחות (מטפטופים ועד ריסוסים ועד טבילה מוחלטת).

הקדשת זמן לבדיקת דירוג ה-IP של מפעיל מוקדם בתהליך הבחירה מציעה דרך מהירה וקלה לבטל יחידות שאינן מתאימות לסביבה. לדוגמה, מפעיל עם דירוג IP30 אינו מציע הגנה מפני לחות, אך הוא ימנע כניסה של חפצים בגודל אצבע. אם הגנה מפני לחות היא חיונית, חפשו מפעיל עם דירוג גבוה יותר, כגון IP54, המגן מפני אבק והתזות מים. עם זאת, מפעילים ללא חדירה או הגנה מפני לחות יכולים להציע חלופות חסכוניות לסביבות בהן מזהמים אינם מהווים דאגה.