מנועים ליניאריים הגדירו מחדש את מה שאפשרי בבקרת תנועה עם ביצועים מהירים, מדויקים ואמינים יותר בהשוואה למפעילים ליניאריים מסורתיים המונעים על ידי מנוע סיבובי. התכונה הייחודית של מנוע ליניארי היא שהעומס נע ללא רכיבי העברת כוח מכניים. במקום זאת, הכוח הליניארי שנוצר על ידי השדה המגנטי של סליל המנוע מחובר ישירות לעומס. זה מבטל התקנים מכניים הממירים תנועה סיבובית לתנועה לינארית, ובכך משפר את חיי המערכת, דיוקה, מהירותה וביצועיה הכוללים.

ככל שהביקוש לעלייה בפריון, איכות מוצר גבוהה יותר, זמן פיתוח מהיר ועלויות הנדסיות נמוכות יותר גובר, אימוץ טכנולוגיית מנועים ליניאריים הופך פופולרי יותר ויותר על ידי מינוף עיצובים מודולריים של מנועים ליניאריים. הם נמצאים במטרולוגיה, מערכות חיתוך מדויקות, ציוד לייצור מוליכים למחצה ואלקטרוניקה, טיפול בפרוסות סיליקון, ליתוגרפיה, מערכות בדיקת ראייה, ציוד ומכשירים רפואיים, מערכות בדיקה, תעופה וחלל וביטחון, אוטומציה של קווי ייצור, יישומי הדפסה ואריזה, ויישומים רבים אחרים הדורשים תפוקה גבוהה ותנועה ליניארית בדיוק גבוה.

יש לעבד ולהרכיב את רכיבי תכנון המנוע הליניארי בדיוק רב ובתהליכים חוזרים. יישור נכון של חלקים אלה הוא קריטי ודורש פירוט תכנון משמעותי ומיומנות הרכבה.

כיום, הדור החדש של מנועים ליניאריים מודולריים שינה את חוקי המשחק. מנועים ליניאריים מודולריים מוכנים להפעלה ניתנים להרכבה בקלות למערכת והם מוכנים לפעולה מיידית, מה שמפחית משמעותית את זמן ההנדסה. מהנדסים יכולים כעת למנף את היתרונות החזקים של טכנולוגיית מנועים ליניאריים מודולריים בתכנון המכונות שלהם תוך ימים ספורים, בניגוד לחודשים או אפילו שנים.

תשעה רכיבים עיקריים מרכיבים מערכות מוטוריות ליניאריות:

1. צלחת בסיס
2. סליל מנוע
3. מסילה מגנטית קבועה (בדרך כלל מגנטים ניאודימיום)
4. גררה המחברת את סליל המנוע לעומס
5. מסילות מיסב ליניאריות שעליהן מונחית הגררה ומתחברות לבסיס
6. מקודד ליניארי למשוב מיקום
7. תחנות קצה
8. מסילת כבלים
9. מפוח אופציונלי להגנה על מסילת המגנט, המקודד והמסילות הליניאריות מפני זיהום סביבתי.

לולאת בקרה

יש לעבד ולהרכיב את רכיבי תכנון המנוע הליניארי בדיוק רב ובתהליכים חוזרים. יישור נכון של חלקים אלה הוא קריטי ודורש מיומנות פרטנית והרכבה משמעותית. לדוגמה, המסילה המגנטית וסליל המנוע הנע חייבים להיות שטוחים, מקבילים ומורכבים עם מרווח אוויר מסוים ביניהם. הסליל הנע נוסע על גררה המחוברת למסילות מיסב ליניאריות מדויקות מקבילות מעל המסילה המגנטית. מקודד המיקום עם סקאלה ליניארית וראש קריאה הוא חלק קריטי נוסף במנוע ליניארי הדורש הליכי יישור נכונים ותכנון הרכבה חזק כדי לעמוד בתאוצות של עד 5 ג'יגה-שניות. עם מנועים ליניאריים מודולריים, פרטים אלה כבר נלקחים בחשבון ומתוכננים מראש ישירות מהקופסה.

מערכות מנועים ליניאריות מודולריות כמו זו המוצגת משמשות כאשר נדרשת תנועה ליניארית מדויקת, במהירות גבוהה וחוזרת על עצמה. המערכת היא אלטרנטיבה למפעילי בורג כדוריים, רצועות ומנעולי גלגל שיניים.

בקרי תנועה מתוחכמים ומנועי סרוו משמשים לשליטה בתנועת המנוע הליניארי. למנועים ליניאריים יש יתרון מובהק בכל הנוגע לקשיחות ותגובת תדר. בטווחי תדרים מסוימים, הם מפגינים קשיחות שעולה על ברגי כדור מסורתיים בגורם משמעותי של 10 או יותר. הודות לתכונה זו, מנועים ליניאריים יכולים להתמודד עם רוחב פס גבוה של מיקום ומהירות בלולאה בדיוק מרשים, אפילו עם הפרעות חיצוניות. בניגוד לברגי כדור, שלעתים קרובות נתקלים בתדרי תהודה בין 10 ל-100 הרץ, מנועים ליניאריים פועלים בתדרים גבוהים יותר, מה שמציב את התהודה שלהם הרבה מעבר לרוחב הפס של לולאת המיקום.

עם זאת, קיים פשרה הקשורה להסרת תיבת ההילוכים המכנית. רכיבים מכניים, כגון ברגי כדור, מסייעים בהפחתת הפרעות מכוחות מכונה, תדרי תהודה טבעיים או רעידות ציר-רוחב. ביטולם משאיר מנועים ליניאריים חשופים ישירות להפרעות כאלה. כתוצאה מכך, פיצוי על הפרעות אלו הופך לאחריותם של בקר התנועה ואלקטרוניקת ההינע, אשר חייבים להתמודד איתן ישירות - לפעול ישירות על ציר הסרוו. כאן נכנסים לתמונה אלגוריתמי תנועה בלולאה סגורה מתוחכמים של ימינו כדי לבטל תהודות ולספק בקרת לולאת מיקום יוצאת דופן.

בתחום המפעילים הליניאריים, מנועים ליניאריים מספקים יכולות טכניות יוצאות דופן. יכולתם של המנועים להציג קשיחות מעולה ולפעול בתדרים גבוהים יותר מבדילה אותם מחלופות מסורתיות. על ידי עמידה בתדרי תהודה ושמירה על דיוק גבוה גם בנוכחות הפרעות חיצוניות, מנועים ליניאריים מציעים פתרון משכנע.

אף על פי כן, היעדר העברה מכנית מחייב אסטרטגיות פיצוי חזקות כדי להתמודד עם הפרעות, ולהבטיח את ביצועי המערכת ואמינותה המתמשכים. תדרי דגימה של בקרי תנועה עבור לולאות מהירות ומיקום מתחילים בדרך כלל ב-5 קילוהרץ. ציר מנוע ליניארי יכול להיות בעל רוחב פס של לולאת מיקום פי חמישה עד עשרה מזה של ציר מנוע סיבובי קונבנציונלי, כאשר תדרים של 1 או 2 קילוהרץ מקובלים. חלק מבקרי התנועה הנוכחיים יכולים לדגום קצבי דגימה של 20 קילוהרץ ומעלה, מה שמאפשר בקרת משוב במהירות גבוהה במיוחד ובקרת נתיב מדויקת במיוחד.

מאחר שרוב יצרני המנועים הליניאריים המודולריים הם גם מומחים לבקרת תנועה וסרבו, אתגרים רבים של לולאת בקרה וחששות מהתהודה המכנית טופלו היטב, וסופקו פתרונות וכלים כדי להפחית אתגרים אלה.

יישום מנוע ליניארי

צברתי ניסיון יקר ערך בשימוש במנועים ליניאריים לפני שנים, עם צוות מהנדסים שיצאו לפרויקט מהפכני: ליצור את מכונת חיתוך הלייזר הראשונה בעולם המבוססת על מנוע ליניארי. השימוש במנועים ליניאריים היה הפתרון המושלם לשיבוש התעשייה, שכן טכנולוגיות מסורתיות של מפעילים ליניאריים המונעות על ידי מנועי סרוו סיבוביים לא יכלו לספק את יכולות הביצועים הגבוהות שניתן להשיג עם מנועים ליניאריים.

יישום הטכנולוגיה לא היה משימה קלה. ככל שהתעמקנו בפרויקט, הבנו שהיישום שלנו דורש מפרטי ביצועים של מנוע ליניארי שלא היו זמינים מסחרית. לא הרתענו, והחלטנו לתכנן מנועים ליניאריים במיוחד עבור היישום שלנו.

התמודדנו עם אתגרים רבים, כאשר היינו צריכים להזיז מערכת גאנטרי במשקל 1,000 פאונד בקצב מהיר של 2.5 מטר לשנייה עם תאוצה של 1.5 ג'יגה-בייט, מה שאומר שהיינו צריכים לתכנן מנוע ליניארי שיכול לייצר כוחות קיצוניים. הצוות שלנו התמיד, והשקיע שעות רבות במחקר ופיתוח עד שלבסוף תכננו מנוע ליניארי שיכול לעמוד בדרישות מכונת חיתוך הלייזר שלנו. זה היה רגע של גאווה כשסוף סוף ראינו את המנועים הליניאריים שלנו בפעולה 14 חודשים לאחר מכן, כשהם מניעים את מערכת הגאנטרי במהירות, קלות ודיוק מדהימים. הביצועים שהושגו היו חסרי תקדים. זה מדהים לחשוב כמה מהר יותר היה יכול להיות מושלם קונספט המכונה שלנו אם מנועים ליניאריים מודולריים מוכנים היו זמינים אז.

טכנולוגיית מנועים ליניאריים התפתחה רבות מאז שיצאנו למסע תכנון מנועים ליניאריים בשנות ה-90. עם הצגת עיצובים מודולריים חדשים, הפוטנציאל לחדשנות וקידמה בתכנון תנועה ומנועים ליניאריים גדול מאי פעם. מנועים ליניאריים מודולריים מגדירים מחדש את מה שאפשרי, עם יכולות בקרת תנועה מהירות, מדויקות ואמינות יותר שניתן לפרוס במהירות כדי להועיל למגוון רחב של יישומים בתעשיות רבות.