מנועים ליניאריים יכולים להשיג קצבי תאוצה גבוהים ואורכי מהלך ארוכים עם כוחות דחף טובים ודיוק מיקום גבוה במיוחד, בעוד שמנגנוני הנעה אחרים, כגון רצועות, ברגים או מתלים וגלגלי שיניים, חייבים לוותר על לפחות אחת מהדרישות הללו על מנת להשיג את האחרות. זו הסיבה שמנועים ליניאריים הם הבחירה המועדפת עבור יישומים דינמיים ביותר כגון מטרולוגיה וייצור מוליכים למחצה.

למעשה, בהתבסס על מפרטי הביצועים שלהם, מנועים ליניאריים נראים כפתרון המושלם כדי להתמודד עם הדרישות המתחרות הנמצאות לעתים קרובות ביישומי תנועה ליניארית. אבל זה מעלה את השאלה, "מדוע מנועים ליניאריים אינם מאומצים באופן נרחב יותר?"

כדי להבין מדוע קצב האימוץ של מנועים ליניאריים עדיין מפגר אחרי טכנולוגיות הנעה אחרות - כגון רצועות, ברגים או הנעות גלגלי שיניים - בואו נבחן כמה מהיתרונות והחסרונות של עיצובים של מנועים ליניאריים.

יצירת חום ופיזור

בעת בחירת גודל מנוע - בין אם סיבובי או ליניארי - אחד השיקולים העיקריים הוא חום. למעשה, עקומות מומנט (או כוח) לעומת מהירות, המתארות טווחי פעולה רציפים וסירוגין עבור שילוב מנוע-הנעה נתון, מבוססות על יכולתו של המנוע לפזר חום בתנאי פעולה מוגדרים.

יצירת חום יכולה להיות בעייתית אף יותר עבור מנועים ליניאריים מאשר עבור מנועים סיבוביים, מכיוון שהעומס מורכב על המכבש, המכיל את סלילי המנוע. (בחלק מתכנני המנוע הליניארי, ניתן להרכיב את העומס על מסילת המגנט, אם כי זה עשוי להיות אפשרי רק עבור מהלכים קצרים.) ובמנועים ליניאריים ללא ברזל, הסלילים עטופים באפוקסי, שאינו מפזר חום בקלות כמו מתכות כמו ברזל או אלומיניום.

משמעות הדבר היא שחום מועבר בקלות לעומס ולרכיבים הסובבים אותו, מה שגורם להתפשטות תרמית, להידרדרות, או, במקרים קיצוניים, לנזק או לכשל. גם אם העומס אינו מושפע, הצטברות החום יכולה להפחית את תפוקת הכוח הרציפה של המנוע. כדי להתמודד עם זה, יישומים מסוימים דורשים קירור מאולץ באוויר או בנוזל, מה שמגדיל את העלות, את טביעת הרגל ואת המורכבות.

הגנה מפני זיהום

בשל העיצוב הפתוח והמגנטים החשופים שלהם, מנועים ליניאריים שטוחים בעלי ליבת ברזל ועיצובים ללא ברזל בעלי תעלת U יכולים להיות קשים להגנה מפני זיהום. בעוד שניתן להגן על המדריכים הליניאריים התומכים באמצעות אטמים ומגרדים שונים, המגנטים החשופים של מנוע ליניארי יכולים למשוך חלקיקי ברזל מפעולות עיבוד שבבי או פשוט מזיהום הנישא באוויר הנמצא לעתים קרובות בסביבות ייצור ומפעל. וזיהום נוזלי יכול לפגוע באלקטרוניקה רגישה או להפריע למערכות משוב.

כמובן, ניתן לתכנן כיסויים ומבנים חיצוניים כדי להגן מפני זיהום, אך הם עלולים להקשות על פיזור החום של המנוע, מה שמחמיר את הבעיות הקשורות לחום שתוארו לעיל.

פיצוי על רעידות ותנודות

אחת מנקודות המכירה המרכזיות של פתרון מנוע ליניארי היא שהוא מבטל את הצורך ברכיבי העברת כוח מכניים - כגון ברגים, רצועות, תיבות הילוכים וצימודים - בין המנוע לעומס. משמעות הדבר היא שמנועים ליניאריים אינם סובלים מהשפעות של שינוי תנועה, פיתול וגמישות, שהם גורם מרכזי ביכולתם להשיג דיוק מיקום גבוה מאוד ולבצע תנועות דינמיות ביותר, עם קצבי תאוצה והאטה מהירים.

אבל רכיבי תמסורת מכניים יכולים להיות מועילים במערכת תנועה על ידי מתן מנגנון ריסון לתנודות והפחתת הפרעות, כגון תגובות מכוחות עיבוד שבבי או רעידות הנגרמות מתנועת העומס. ובלי אפקט ריסון "מובנה" זה, תנודות ורעידות יכולות למנוע ממנועים ליניאריים להשיג את דיוק המיקום או זמן ההתייצבות הרצויים.

כדי להבטיח שהמערכת תוכל להגיב ולבצע תיקונים עבור ההשפעות של רעידות ותנודות לא מרוסנות אלה, מערכות מנועים ליניאריים דורשות לעתים קרובות לולאות בקרה של מהירות, מיקום וזרם (כוח) בתדר גבוה יותר, ורוחב פס של לולאת זרם גבוה יותר. מערכת משוב המיקום - בדרך כלל מקודד ליניארי אופטי או מגנטי - צריכה גם להיות בעלת רזולוציה גבוהה יותר כדי שהבקר יוכל לעקוב בצורה מדויקת יותר אחר מיקום המנוע והעומס. אפילו שלדת המכונה או מבנה התמיכה חייבים להיות קשיחים מספיק (עם תדר טבעי גבוה) כדי להישאר רגישים יחסית לזעזועים ורעידות ולעמוד בכוחות שנוצרים על ידי המנוע הליניארי.

במילים אחרות, מכיוון שיש פחות רכיבים המסייעים לפצות על רעידות והפרעות, לולאות המשוב והבקרה חייבות להיות מסוגלות לתקשר מהר יותר ומדויק יותר כדי שהמערכת תשיג ביצועים דינמיים ובעלי דיוק גבוה.

עלות ראשונית לעומת עלות בעלות כוללת

ולבסוף, אחד הגורמים המגבילים את האימוץ הנרחב של מנועים ליניאריים ממשיך להיות העלות הראשונית. למרות שישנן השוואות רבות המדגימות את העלות הכוללת הנמוכה יותר של הבעלות (TCO) של פתרונות מנוע ליניאריים בהשוואה לפתרונות מסורתיים של רצועה, בורג או גלגל שיניים ביישומים מסוימים, העלות הראשונית של מערכת מנוע ליניארית עדיין מהווה מכשול לאימוץ עבור מהנדסים ומעצבים המוטלים עליהם לעמוד במפרטי ביצועים במסגרת תקציב מוגבל. דוגמה לכך: עבור יישומים עם אורכי מהלך ארוכים מאוד - אחד התחומים שבהם פתרונות מנוע ליניאריים מצטיינים - עלות המגנטים והמקודדים ליניאריים ברזולוציה גבוהה כדי לעמוד בדרישות המהלך יכולה להוציא את המחיר של פתרון מנוע ליניארי.

יישומים לא מסורתיים מניעים צמיחה בשיעורי אימוץ מנועים ליניאריים

למרות הקשיים הפוטנציאליים שנגרמים עקב יצירת חום, הגנה מפני זיהום, בקרות רוחב פס גבוה ועלות, קצב האימוץ של מנועים ליניאריים הולך וגדל. מנועים ליניאריים בעלי ליבת ברזל, מנועים ללא ברזל ומנועים צינוריים, שנחשבו בעבר לפתרונות נישה עבור יישומי מוליכים למחצה, מטרולוגיה ועיבוד שבבי כבד, משמשים כיום ביישומי רכב, מזון ואריזה, ודפוס, שבהם המהלכים עשויים להיות פחות מאתגרים או דרישות הדיוק פחות תובעניות, אך היתרונות של פחות רכיבים, פחות זמן השבתה ותפוקה גבוהה יותר מצדיקים את העלות הנוספת ואת שיקולי התכנון.