Doğrusal bir motor, temelde doğrusal hareket üretmek için açılıp düzleştirilmiş bir döner servo motor olarak düşünülebilir. Geleneksel bir doğrusal aktüatör, döner bir servo motorun dönüş hareketini düz çizgi hareketine dönüştüren mekanik bir elemandır. Her ikisi de doğrusal hareket sunar, ancak çok farklı performans özellikleri ve dezavantajları vardır. Üstün veya düşük teknoloji diye bir şey yoktur; hangisinin kullanılacağı uygulamaya bağlıdır. Daha yakından bakalım.
Doğrusal motorlar için temel kural, yüksek ivme, yüksek hız veya yüksek hassasiyet gerektiren uygulamalarda öne çıkmalarıdır. Örneğin, çözünürlük ve verimin kritik öneme sahip olduğu ve bir saatlik kesintinin bile on binlerce dolara mal olabileceği yarı iletken metrolojisinde, doğrusal motorlar ideal bir çözüm sunar. Peki ya daha az zorlu bir durum?
Doğrusal motorlarla ilgili ilk sorunlardan biri maliyet rekabetiydi. Doğrusal motorlar, strok uzunluğunu sınırlayan faktörlerden biri olan nadir toprak mıknatısları gerektirir. Elbette, teoride mıknatıslar neredeyse sonsuza kadar sıralanabilir, ancak gerçekte, uzun bir strok boyunca yeterli rijitliği sağlama zorluğunun yanı sıra, özellikle U kanallı tasarımlarda maliyetler de artar.
Demir çekirdekli motorlar, eşdeğer demirsiz tasarıma kıyasla daha küçük mıknatıslar kullanarak aynı kuvveti üretebilir; bu nedenle, kas öncelikli bir gereksinimse ve performans özellikleri, dinamik konum veya hız hatalarına neden olan bir miktar dişli kuvveti bozulmasını tolere edecek kadar esnekse, demir çekirdekli motor en iyi yaklaşım olabilir. Performans gereksinimleri nanometreler yerine mikronlar mertebesinde daha da gevşekse, belki de doğrusal aktüatör kombinasyonu en uygun çözümü sunar - örneğin ilaç paketleme için doğrusal bir aktüatör, ilaç keşfinin DNA dizilimi içinse doğrusal bir motor seçin.
Seyahat uzunluğu
Birçok istisna mevcut olsa da, doğrusal motorlar için optimum strok uzunluğu birkaç milimetreden birkaç metreye kadar değişir. Daha düşük değerlerde, fleksiyon gibi bir alternatif daha etkili olabilir; yukarıda ise kayış tahrikli ve ardından kremayer dişlili tasarımlar muhtemelen daha iyi seçeneklerdir.
Doğrusal motorların strok uzunluğu yalnızca maliyet ve montaj stabilitesiyle değil, aynı zamanda kablo yönetimi sorunuyla da sınırlıdır. Hareket üretmek için kuvvetlendiricinin enerjilendirilmesi gerekir; bu da güç kablolarının tüm strok boyunca onunla birlikte hareket etmesi gerektiği anlamına gelir. Yüksek esneklikli kablo ve ilgili kanallar pahalıdır ve kablolamanın genel olarak hareket kontrolündeki en büyük arıza noktası olması sorunu daha da karmaşık hale getirir.
Elbette, doğrusal motorların doğası bu soruna akıllıca bir çözüm getirebilir. Bu endişelerimiz varsa, güçlendiriciyi sabit tabana monte edip mıknatıs rayını hareket ettireceğiz. Böylece tüm kablolar sabit güçlendiriciye gelir. Belirli bir motordan biraz daha az ivme elde edersiniz çünkü bir bobini değil, daha ağır olan bir mıknatıs rayını ivmelendiriyorsunuz. Bunu yüksek G'ler için yapıyor olsaydınız, bu iyi olmazdı. Gerçekten yüksek G'li bir uygulamanız yoksa, bu çok iyi bir tasarım olabilir.
Profeta, 12 ila 400 kg arasında değişen tepe kuvvetlerine sahip Aerotech lineer servo motorlarından bahsediyor, ancak burada da lineer motorların temel tasarımı, çok daha fazlasını sunan benzersiz çözümlere olanak tanıyor. En büyük lineer motorlarımızı alıp altısını bir araya getirip yaklaşık 2700 kg kuvvet üreten müşterilerimiz var. Birden fazla kuvvetlendiriciyi birden fazla yola yerleştirebilir, mekanik olarak birbirine sabitleyebilir ve ardından hepsini tek bir motor gibi çalışacak şekilde birlikte çalıştırabilirsiniz; veya birden fazla kuvvetlendiriciyi aynı mıknatıs yoluna yerleştirip yükü taşıyan taşıyıcıya monte edebilir ve tek bir motor gibi davranabilirsiniz.
Gerçek dünyada yaşadığımızdan ve komütasyonu tam olarak eşleştirmek imkansız olduğundan, bu yaklaşımın maliyeti yüzde birkaç oranında bir verimlilik cezasıyla karşı karşıya kalırız, ancak yine de belirli bir uygulama için en iyi genel çözümü üretebilir.
Baştan Başa
Kuvvet açısından, doğrusal motorlar döner motor/doğrusal aktüatör kombinasyonlarıyla nasıl karşılaştırılır? Önemli bir kuvvet farkı var; 4 inç genişliğinde, sekiz kutuplu, yuvasız bir doğrusal motoru, 4 inç genişliğinde vidalı bir ürünle karşılaştırıyoruz. Sekiz kutuplu doğrusal motorumuzun tepe kuvveti 40 lbs (180 N) ve sürekli kuvveti 11 lbs (50 N)'dir. Aynı profilde, bir NEMA 23 servo motor ve vidalı ürünümüzle, maksimum eksenel yük 200 lbs'dir, yani bu şekilde baktığınızda, sürekli kuvvette temelde 20 kat azalma görüyorsunuz.
Gerçek sonuçlar, vida aralığına, vida çapına, motor bobinlerine ve motor tasarımına bağlı olarak değişecektir ve vidayı destekleyen eksenel yataklarla sınırlıdır. Şirketin 13 inç genişliğindeki demir çekirdekli doğrusal motoru, örneğin 6 inç genişliğindeki vidalı bir ürünün sağladığı 440 lbs'ye kıyasla 1600 lbs'lik tepe eksenel kuvvet üretebilir, ancak kaybedilen alan miktarı oldukça fazladır.
Siyasi bir sloganı tekrarlamak gerekirse, asıl mesele uygulama, aptal. Eğer öncelikli mesele kuvvet yoğunluğuysa, o zaman bir aktüatör muhtemelen en iyi seçimdir. Uygulama, örneğin LCD denetimi gibi yüksek hassasiyetli, yüksek ivmeli bir uygulamada, tepkisellik gerektiriyorsa, gerekli performansı elde etmek için kuvvet karşılığında ayak izinden fedakarlık etmek değerlidir.
Temiz Tutmak
Kirlenme, üretim ortamlarında hareket kontrolü için önemli bir sorundur ve lineer motorlar da bir istisna değildir. Standart lineer motor tasarımlarındaki en büyük sorunlardan biri, katı partikül veya nem gibi kirlenmeye maruz kalmaktır. Bu durum, "düz yataklı" tasarımlar için geçerli olup, [U kanallı] tasarımlar için daha az sorun teşkil eder.
Çözeltiyi tamamen kapatmak çok zordur. Yüksek nemli bir ortamda olmak istemezsiniz. Su jeti kesim uygulamasına lineer bir motor yerleştirecekseniz, üzerine pozitif basınç uygulamalı ve iyi korunduğundan emin olmalısınız çünkü lineer motorun elektroniği doğrudan tahrikle birlikte çalışır.
U kanal tasarımlarında, U'nun ters çevrilmesi, partiküllerin kanala girme olasılığını en aza indirebilir, ancak bu durum, mıknatıs rayının kütlesini hareket ettirmek yerine kuvvetlendiricinin kütlesini hareket ettirmek nedeniyle performansı olumsuz etkileyebilecek termal yönetim sorunlarına yol açar. Bu da yine bir tercih meselesidir ve yine uygulama, kullanımı yönlendirir.
Lineer motoru etkileyen tek şey çevre değildir; lineer motor, çevreyle ilgili sorunlara yol açabilir. Döner tasarımların aksine, lineer ünitelerdeki büyük mıknatıslar, manyetik rezonans görüntüleme (MRG) makineleri gibi manyetik açıdan hassas ortamlarda büyük hasara yol açabilir. Metal kesme gibi daha sıradan bir uygulamada bile sorun olabilir. Her bir metal parçayı mıknatıs rayına çekmeye çalışan yüksek kuvvetli mıknatıslar vardır, bu nedenle lineer motorlar uygun koruma olmadan bu tür uygulamalarda iyi performans göstermeyecektir.
Bu Uygulamalar Hakkında…
Peki, lineer motorlar için en uygun uygulama alanı neresi? Örneğin, yarı iletken, LED ve LCD üretimi gibi alanlarda metroloji. Büyük tabelaların dijital baskısı da büyüyen bir pazar ve biyomedikal sektöründe de durum aynı. Küçük parça üretiminde bile müşterilerimiz, montaj işleri için portal konfigürasyonlarında lineer motor çiftleri düzenliyor. Mümkün olduğunca fazla ürün verimi elde etmek istiyorsunuz, bu nedenle bu motorlardan elde edebileceğiniz yüksek ivme ve hız avantajlı. Son zamanlarda yaptığımız işlerden biri yakıt hücresi üretimi; şablon kesimi de bunlardan biri.
Bu, "nerede" sorusuna cevap veriyor, peki ya ne kadar sorusuna? Lineer motor teknolojisi onlarca yıldır geliştiriliyor, peki piyasada kabul görme açısından nerede? Maliyetleri nedeniyle sık karşılaşmıyoruz, ancak bazı uygulamalarda oldukça mantıklılar.
Bunu tüketicinin yaşam döngüsüne bağlıyoruz. Yenilikçiler, erken benimseyenler, erken çoğunluk, geç çoğunluk ve geride kalanlar var. Artık doğrusal motor kullanmanın daha yaygın hale geldiği bir aşamadayız. Bu erken çoğunluk aşamasına geçiyoruz.
Üretim sürecini optimize ettikçe ve hacimler arttıkça lineer motorların fiyatları düşüyor, bu yüzden onları giderek daha fazla uygulamada görüyoruz. [Aerotech] ayrıca bilyalı vidalı platformlar da üretiyor. Şu anda, bilyalı vidalı platformlardan daha fazla, hatta belki de daha fazla lineer motorlu platform sattığımızı söyleyebilirim. Lineer motorları giderek daha fazla uygulamaya sokuyoruz. On yıl önce, uygulamaların çoğu laboratuvar tipi, temiz ortamlarda yapılıyordu. Şimdi ise çok daha endüstriyel operasyonlara yerleştiriyoruz. İlgilendiğim sektörlerden biri otomotiv ve lineer motorları çok daha fazla otomotiv uygulamasına yerleştiriyoruz.
Kurulumunuza bağlı olarak, kayış tahrikli bir motorun maliyetinden neredeyse daha düşük bir fiyata doğrusal bir motor çözümü elde edebilirsiniz. Benzer bir fiyat noktasında, doğrudan tahrikli, hızlı tepki süreli ve kayış tahrikli motorlardaki gibi yay oranı olmayan bir doğrusal motora sahip olmanın avantajına sahipsiniz. Dezavantajı ise, size ekstra güç sağlayacak kayış ve kasnak/dişli kutusunun mekanik avantajına sahip olmamanızdır.
Artıları ve eksileri - işte her şeyi özetleyen bu. Uygulamanızı dikkatlice değerlendirin, ihtiyaçlarınızı anlayın ve esnekliğinizin nerede olduğunu belirleyin. Avantaj ve dezavantajları nasıl değerlendireceğinizi öğrendikten sonra, bir doğrusal motorun mu yoksa bir tür doğrusal aktüatörün mi ihtiyaçlarınızı en iyi şekilde karşılayacağına dair bilinçli bir karar verebileceksiniz.
Gönderi zamanı: 12 Haz 2023