Doğrusal motor, temelde doğrusal hareket üretmek için açılmış ve düzleştirilmiş bir döner servo motor olarak düşünülebilir. Geleneksel bir doğrusal aktüatör ise, döner servo motorun dönme hareketini düz hatlı harekete dönüştüren mekanik bir elemandır. Her ikisi de doğrusal hareket sunar, ancak çok farklı performans özelliklerine ve avantaj-dezavantajlarına sahiptirler. Üstün veya aşağı bir teknoloji yoktur; hangisinin kullanılacağı uygulamaya bağlıdır. Daha yakından inceleyelim.

Doğrusal motorlar için genel kural, yüksek ivme, yüksek hız veya yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda en iyi performansı göstermeleridir. Örneğin, çözünürlük ve verimliliğin kritik olduğu ve bir saatlik arıza süresinin bile on binlerce dolara mal olabileceği yarı iletken metrolojisinde, doğrusal motorlar ideal çözümü sunar. Peki ya daha az zorlu bir durum?

Doğrusal motorlarla ilgili ilk sorunlardan biri maliyet rekabetçiliğiydi. Doğrusal motorlar, strok uzunluğunu sınırlayan faktörlerden birini oluşturan nadir toprak mıknatısları gerektirir. Teoride, mıknatıslar neredeyse sonsuza kadar sıralanabilir, ancak gerçekte, uzun bir strok uzunluğu boyunca yeterli rijitliği sağlamanın zorluğunun yanı sıra, özellikle U-kanal tasarımları için maliyetler artmaktadır.

Demir çekirdekli motorlar, eşdeğer demirsiz tasarıma göre daha küçük mıknatıslar kullanarak aynı kuvveti üretebilir; bu nedenle, eğer birincil gereksinim kas gücü ise ve performans özellikleri, dinamik konum veya hız hatalarına yol açan bazı dişli kuvveti bozulmalarına tolerans gösterecek kadar gevşekse, demir çekirdekli motorlar en iyi yaklaşım olabilir. Performans gereksinimleri daha da gevşekse, nanometreler yerine mikronlar mertebesindeyse, belki de doğrusal aktüatör kombinasyonu en uygun uzlaşmayı sağlar — örneğin, ilaç paketleme için doğrusal bir aktüatör, ancak ilaç keşfinin DNA dizilemesi için doğrusal bir motor seçin.

Seyahat süresi
Pek çok istisna mevcut olsa da, lineer motorlar için optimum strok uzunluğu birkaç milimetreden birkaç metreye kadar değişmektedir. Bundan daha düşük bir değerde, esnek bağlantı gibi bir alternatif daha etkili olabilir; bundan daha yüksek bir değerde ise kayış tahrikleri ve ardından kremayer dişli tasarımları muhtemelen daha iyi seçeneklerdir.

Lineer motorların hareket mesafesi sadece maliyet ve montaj stabilitesiyle değil, kablo yönetimi sorunuyla da sınırlıdır. Hareket oluşturmak için, iticiye enerji verilmesi gerekir; bu da güç kablolarının tüm hareket mesafesi boyunca onunla birlikte hareket etmesi gerektiği anlamına gelir. Yüksek esnekliğe sahip kablolar ve bunlara eşlik eden kablo kanalları pahalıdır ve kablolamanın genel olarak hareket kontrolünde en büyük arıza noktası olması sorunu daha da karmaşık hale getirir.

Elbette, doğrusal motorların doğası gereği bu soruna zekice bir çözüm sunulabilir. Bu tür endişelerimiz olduğunda, iticiyi sabit tabana monte edip mıknatıs rayını hareket ettireceğiz. Bu şekilde, tüm kablolar sabit iticiye gelir. Belirli bir motordan biraz daha az ivme elde edersiniz çünkü bir bobini değil, daha ağır olan bir mıknatıs rayını ivmelendiriyorsunuz. Bunu yüksek G kuvvetleri için yapıyorsanız, bu iyi olmaz. Gerçekten yüksek G kuvveti gerektiren bir uygulamanız yoksa, bu çok iyi bir tasarım olabilir.

Profeta, tepe kuvvetleri 28 ila 900 lbs arasında değişen Aerotech lineer servo motorlarından bahsediyor, ancak burada da lineer motorların temel tasarımı, çok daha fazlasını sunan benzersiz çözümlere olanak tanıyor. En büyük lineer motorlarımızdan altısını bir araya getirip neredeyse 6000 lbs'lik bir kuvvet üreten müşterilerimiz var. Birden fazla kuvvetlendiriciyi birden fazla raya yerleştirip, mekanik olarak birbirine sabitleyebilir ve ardından hepsini birlikte komütasyon yaparak tek bir motor gibi davranmalarını sağlayabilirsiniz; veya birden fazla kuvvetlendiriciyi aynı manyetik raya yerleştirip, yükü tutan kızağa monte edebilir ve tek bir motor gibi kullanabilirsiniz.

Gerçek dünyada yaşadığımız ve komütasyonun tam olarak eşleştirilmesinin imkansız olduğu göz önüne alındığında, bu yaklaşım için birkaç yüzdelik bir verimlilik kaybı söz konusu olsa da, belirli bir uygulama için yine de en iyi genel çözümü sağlayabilir.

Karşı Karşıya
Kuvvet açısından bakıldığında, lineer motorlar döner motor/lineer aktüatör kombinasyonlarıyla nasıl karşılaştırılır? Önemli bir kuvvet dengesi söz konusu; 4 inç genişliğinde, sekiz kutuplu, oluksuz bir lineer motoru, 4 inç genişliğinde vidalı tahrikli bir ürünle karşılaştırıyoruz. Sekiz kutuplu lineer motorumuzun tepe kuvveti 40 lbs (180 N) ve sürekli kuvveti 11 lbs (50 N)'dir. Aynı profilde, NEMA 23 servo motor ve vidalı tahrikli ürünümüzle, maksimum eksenel yük 200 lbs'dir; bu şekilde bakıldığında, sürekli kuvvette yaklaşık 20 katlık bir azalma söz konusudur.

Gerçek sonuçların vida adımı, vida çapı, motor bobinleri ve motor tasarımına bağlı olarak değişeceğini ve vidayı destekleyen eksenel yataklarla sınırlı olduğunu hemen belirtiyor. Şirketin 13 inç genişliğindeki demir çekirdekli lineer motoru, örneğin 6 inç genişliğindeki vidalı tahrikli bir ürünün sağladığı 440 lbs'ye kıyasla 1600 lbs'lik tepe eksenel kuvvet üretebilir, ancak kaybedilen alan miktarı oldukça fazladır.

Siyasi bir sloganı yeniden yorumlarsak, önemli olan uygulama, aptal! Eğer asıl önemli olan kuvvet yoğunluğu ise, aktüatör muhtemelen en iyi seçimdir. Eğer uygulama, örneğin LCD incelemesi gibi yüksek hassasiyetli, yüksek ivmeli bir uygulamada olduğu gibi, tepki hızı gerektiriyorsa, gerekli performansı elde etmek için gereken alan ve kuvvetten ödün vermek değerlidir.

Temiz Tutmak
Üretim ortamlarında hareket kontrolü için kirlenme büyük bir sorundur ve lineer motorlar da istisna değildir. Standart lineer motor tasarımının en büyük sorunlarından biri, katı parçacıklar veya nem gibi kirlenmeye maruz kalmasıdır. Bu durum 'düz yataklı' tasarımlar için geçerlidir ve [U-kanal] tasarımlar için daha az sorun teşkil eder.

Çözeltiyi tamamen sızdırmaz hale getirmek çok zor. Yüksek nemli bir ortamda bulunmak istemezsiniz. Su jetiyle kesme uygulamasında lineer motor kullanacaksanız, üzerine pozitif basınç uygulamanız ve iyi korunmasını sağlamanız gerekir çünkü lineer motorun elektronik aksamı, çalıştırma mekanizmasıyla aynı yerde bulunur.

U-şekilli tasarımlarda, U'nun ters çevrilmesi, parçacıkların kanala girme olasılığını en aza indirebilir, ancak bu, mıknatıs rayının kütlesinin hareket ettirilmesi ile itici kuvvetin kütlesinin hareket ettirilmesi arasındaki denge nedeniyle performansı tehlikeye atabilecek termal yönetim sorunları yaratır. Yine, bu bir denge meselesidir ve yine, kullanım amacı uygulamaya bağlıdır.

Doğrusal motorları etkileyebilecek tek şey çevre değil; doğrusal motorlar çevreyle de sorun yaratabilir. Döner tasarımların aksine, doğrusal ünitelerdeki büyük mıknatıslar, örneğin manyetik rezonans görüntüleme (MRI) makinelerinde olduğu gibi, manyetik olarak hassas ortamlarda büyük sorunlara yol açabilir. Hatta metal kesme gibi daha sıradan bir uygulamada bile sorun olabilir. Bu yüksek kuvvetli mıknatıslar, metal talaşlarını mıknatıs yoluna çekmeye çalışır; bu nedenle doğrusal motorlar, uygun koruma olmadan bu tür uygulamalarda iyi performans göstermeyecektir.

Bu uygulamalar hakkında…
Peki, lineer motorlar için en uygun uygulama alanı nerede? Öncelikle, yarı iletken, LED ve LCD üretimi gibi alanlarda metroloji. Büyük tabelaların dijital baskısı da büyüyen bir pazar, biyomedikal sektör ve hatta küçük parça üretimi bile. Müşterilerimiz, montaj işleri için lineer motor çiftlerini portal konfigürasyonlarında kullanıyorlar. Mümkün olan en yüksek ürün verimliliğini elde etmek istiyorsunuz, bu nedenle bu motorlardan elde edebileceğiniz yüksek ivme ve hız avantajlı. Son zamanlarda yaptığımız bir şey de yakıt hücresi üretimi; bir diğeri de şablon kesimi.