ניתן לחשוב על מנוע ליניארי כמנוע סרוו סיבובי שנפרש ומונח שטוח כדי לייצר תנועה ליניארית ביסודה. מפעיל ליניארי מסורתי הוא רכיב מכני הממיר את תנועת הסיבוב של מנוע סרוו סיבובי לתנועה בקו ישר. שניהם מציעים תנועה ליניארית אך עם מאפייני ביצועים ופשרות שונות מאוד. אין טכנולוגיה עדיפה או נחותה - הבחירה באיזו להשתמש תלויה ביישום. בואו נבחן מקרוב.

כלל האצבע עבור מנועים ליניאריים הוא שהם מצטיינים ביישומים הדורשים תאוצה גבוהה, מהירויות גבוהות או דיוק גבוה. במטרולוגיה של מוליכים למחצה, למשל, שבה רזולוציה ותפוקה הן קריטיות ואפילו שעה של השבתה יכולה לעלות עשרות אלפי דולרים, מנועים ליניאריים מספקים את הפתרון האידיאלי. אבל מה לגבי מצב פחות תובעני?

בעיה מוקדמת במנועים ליניאריים הייתה תחרותיות מבחינת עלויות. מנועים ליניאריים דורשים מגנטים מסוג אדמה נדירה, המהווים את אחד הגורמים המגבילים את אורך הפעולה. נכון, בתיאוריה, ניתן ליישר מגנטים כמעט ללא סוף, אך במציאות, מלבד האתגר של הבטחת קשיחות מספקת לאורך אורך פעולת ארוך, העלויות עולות, במיוחד עבור תכנוני U-channel.

מנועים בעלי ליבת ברזל יכולים לייצר את אותו הכוח באמצעות מגנטים קטנים יותר מאשר העיצוב המקביל ללא ברזל, כך שאם שריר הוא הדרישה העיקרית ומפרטי הביצועים רגועים מספיק כדי לסבול הפרעה מסוימת של כוח גלגל השיניים וכתוצאה מכך שגיאות דינמיות במיקום או במהירות, ליבת ברזל יכולה להיות הגישה הטובה ביותר. אם דרישות הביצועים אפילו רפויות יותר, בסדר גודל של מיקרונים ולא ננומטרים, אולי שילוב המפעיל הליניארי מספק את הפשרה המתאימה ביותר - בחרו מפעיל ליניארי לאריזת תרופות, נניח, אבל מנוע ליניארי עבור ריצוף DNA של גילוי תרופות.

אורך הנסיעה
למרות שקיימים יוצאים מן הכלל רבים, אורך הפעולה האופטימלי למנועים ליניאריים נע בין כמה מילימטרים למספר מטרים. נמוך יותר מזה, חלופה כמו מנוע כיפוף עשויה להיות יעילה יותר; מעל, הנעות רצועה ואז עיצובים של מתלה וגלגל שיניים הם כנראה האפשרויות הטובות יותר.

אורך המהלך של מנועים ליניאריים מוגבל לא רק על ידי עלות ויציבות הרכבה, אלא גם על ידי סוגיית ניהול הכבלים. כדי לייצר תנועה, יש להפעיל את הכוח, מה שאומר שכבלי החשמל צריכים לנוע איתו לאורך המהלך המלא. כבל גמיש במיוחד והמסלולים הנלווים אליו יקרים, והעובדה שכבלים הם נקודת הכשל הגדולה ביותר בבקרת תנועה באופן כללי מסבכת עוד יותר את הבעיה.

כמובן, טבעם של מנועים ליניאריים יכול להניב פתרון חכם לבעיה זו. היכן שיש לנו חששות אלה, נרכיב את המכריח לבסיס הנייח ונזיז את מסילת המגנט. בדרך זו, כל הכבלים מגיעים למכריח הנייח. תקבלו תאוצה קטנה יותר ממנוע נתון מכיוון שאתם לא מאיצים סליל, אתם מאיצים מסילת מגנט, שהיא כבדה יותר. אם הייתם עושים זאת עבור סוללות גבוהות, זה לא היה טוב. אם באמת אין לכם יישום עם סוללות גבוהות, זה יכול להיות עיצוב טוב מאוד.

חברת Profeta מצטטת מנועי סרבו ליניאריים של Aerotech עם כוחות שיא הנעים בין 28 ל-900 פאונד, אך גם כאן, התכנון הבסיסי של מנועים ליניאריים מאפשר פתרונות ייחודיים המציעים הרבה יותר. יש לנו לקוחות שלוקחים את המנועים הליניאריים הגדולים ביותר שלנו, מחברים שישה מהם יחד, ויוצרים כמעט 6000 פאונד של כוח. ניתן להציב מספר כוחות במספר מסלולים, לחבר אותם יחד מכנית, ולאחר מכן לחבר את כולם יחד כך שיפעלו כמנוע אחד; או שניתן להציב מספר כוחות באותו מסלול מגנט ולהרכיב אותם על הגררה המחזיקה את המטען ולהתייחס אליהם כאל מנוע אחד.

מכיוון שאנו חיים בעולם האמיתי ואי אפשר להתאים את הקומוטציה במדויק, ישנה פגיעה ביעילות של כמה אחוזים עבור גישה זו, אך היא עדיין עשויה להניב את הפתרון הטוב ביותר עבור יישום נתון.

ראש בראש
מנקודת מבט של כוח, כיצד מנועים ליניאריים משתווים לשילובים של מנוע סיבובי/מפעיל ליניארי? ישנו פשרה משמעותית בכוח. אנו משווים מנוע ליניארי ללא חריצים ברוחב 4 אינץ', בעל שמונה קטבים, עם מוצר בעל הנעה בורגית ברוחב 4 אינץ'. למנוע הליניארי בעל שמונה הקטבים שלנו יש כוח שיא של 40 ליברות (180 ניוטון) וכוח רציף של 11 ליברות (50 ניוטון). באותו פרופיל עם מנוע סרוו NEMA 23 והמוצר שלנו בעל הנעה בורגית, העומס הצירי המרבי הוא 200 ליברות, כך שאם מסתכלים על זה ככה, מסתכלים בעצם על הפחתה פי 20 בכוח הרציף.

התוצאות בפועל ישתנו בהתאם לגובה הבורג, קוטר הבורג, סלילי המנוע ועיצוב המנוע, הוא ממהר לציין, והן מוגבלות על ידי המיסבים הציריים התומכים בבורג. המנוע הליניארי בעל ליבת הברזל ברוחב 13 אינץ' של החברה יכול לייצר 1600 ליברות של כוח צירי שיא בהשוואה ל-440 ליברות המסופקות על ידי מוצר מונעת בורג ברוחב 6 אינץ', לדוגמה, אך כמות השטח המוותרת היא ניכרת.

בפרפרזה על סיסמה פוליטית, זה היישום, טיפש. אם צפיפות הכוח היא הדאגה העיקרית, אז מפעיל הוא כנראה הבחירה הטובה ביותר. אם היישום דורש תגובתיות, למשל ביישום בעל דיוק גבוה ותאוצה גבוהה כמו בדיקת LCD, הפשרה של טביעת רגל תמורת כוח כדי להשיג את הביצועים הנדרשים היא כדאית.

שמירה על ניקיון
זיהום הוא בעיה מרכזית לבקרת תנועה בסביבות ייצור ומנועים ליניאריים אינם יוצאי דופן. בעיה גדולה אחת בתכנון סטנדרטי של מנועים ליניאריים היא החשיפה לזיהום, כגון חלקיקים מוצקים או לחות. זה נכון לגבי עיצובים של 'משטח שטוח' ופחות בעיה עבור עיצובים של [תעלת U].

קשה מאוד לאטום לחלוטין את התמיסה. אתם לא רוצים להיות בסביבה לחות גבוהה. אם אתם מתכוונים להכניס מנוע ליניארי ליישום חיתוך בהזרקת מים, עליכם להפעיל עליו לחץ חיובי ולוודא שהוא מוגן היטב מכיוון שהאלקטרוניקה של המנוע הליניארי נמצאת ממש שם עם ההפעלה.

במקרה של תכנוני תעלות U, היפוך תעלות ה-U יכול למזער את הסיכוי לכניסת חלקיקים לתעלה, אך זה יוצר בעיות ניהול תרמי שעלולות לפגוע בביצועים כתוצאה מהזזת מסת מסילת המגנט לעומת הזזת מסת המגדיר. שוב, זהו פשרה ושוב, היישום מניע את השימוש.

לא רק הסביבה יכולה להשפיע על המנוע הליניארי - המנוע הליניארי יכול ליצור בעיות בסביבה. שלא כמו עיצובים סיבוביים, המגנטים הגדולים ביחידות ליניאריות יכולים לגרום הרס בסביבה רגישה מגנטית, למשל במכונות דימות תהודה מגנטית (MRI). זה יכול להיות בעיה אפילו ביישום פשוט יותר כמו חיתוך מתכת. יש מגנטים בעלי עוצמה גבוהה שמנסים למשוך כל אחד משבבי המתכת האלה אל מסלול המגנט, כך שמנועים ליניאריים לא יפעלו היטב בסוגים אלה של יישומים ללא הגנה מתאימה.

אודות היישומים הללו…
אז איפה נמצאת נקודת הפיתוח המושלמת למנועים ליניאריים? מטרולוגיה, ראשית, בתחומים כמו ייצור מוליכים למחצה, LED ו-LCD. הדפסה דיגיטלית של שלטים גדולים היא גם שוק צומח, כמו גם המגזר הביו-רפואי, ואפילו ייצור חלקים קטנים, הלקוחות שלנו מסדרים זוגות של מנועים ליניאריים בתצורות גנטרי למשימות הרכבה. אתם רוצים לקבל כמה שיותר תפוקת מוצר, ולכן התאוצה והמהירות הגבוהות שניתן לקבל ממנועים אלה הן יתרון. דבר אחד שאנחנו עושים לאחרונה הוא ייצור תאי דלק; חיתוך שבלונות הוא דבר נוסף.