Комплектні лінійні двигуни – включаючи опорну плиту, лінійний двигун, лінійні напрямні, енкодер та елементи керування.

Лінійні серводвигуни з прямим приводом за останні кілька років демонструють помітне зростання популярності, частково завдяки вимогам кінцевих користувачів до вищої пропускної здатності та кращої точності. І хоча лінійні двигуни найчастіше визнаються за їхню здатність забезпечувати поєднання високих швидкостей, довгих ходів та чудової точності позиціонування, що неможливо з іншими приводними механізмами, вони також можуть досягати надзвичайно повільного, плавного та точного руху. Фактично, технологія лінійних двигунів забезпечує такий широкий спектр можливостей – силу тяги, швидкість, прискорення, точність позиціонування та повторюваність – що існує мало застосувань, для яких лінійні двигуни не є підходящим рішенням.

Різновиди лінійних двигунів включають лінійні серводвигуни, лінійні крокові двигуни, лінійні асинхронні двигуни та лінійні двигуни з опорною трубкою. Якщо лінійний серводвигун є найкращим варіантом для застосування, ось три речі, які слід враховувати під час початкового вибору двигуна.

«Первинне» міркування: із залізним сердечником чи без заліза?
Лінійні серводвигуни прямого приводу бувають двох основних типів: із залізним сердечником або без сталі, що залежить від того, чи обмотки в первинній частині (аналогічно статору в роторному двигуні) встановлені в стеку залізних пластин або в епоксидну смолу. Визначення того, чи потрібен для застосування лінійний двигун із залізним сердечником чи без сталі, зазвичай є першим кроком у проектуванні та виборі.

Лінійні двигуни із залізним сердечником найкраще підходять для застосувань, що потребують надзвичайно високих сил тяги. Це пояснюється тим, що ламінована первинна частина містить зубці (виступи), які фокусують електромагнітний потік у напрямку магнітів вторинної частини (аналогічно ротору в обертовому двигуні). Це магнітне притягання між залізом у первинній частині та постійними магнітами у вторинній частині дозволяє двигуну видавати високі зусилля.

Лінійні двигуни без сталі зазвичай мають меншу тягову силу, тому вони не підходять для надзвичайно високих вимог до тяги, що виникають у таких сферах застосування, як пресування, обробка або лиття під тиском. Але вони чудово підходять для високошвидкісного складання та транспортування.

Недоліком конструкції із залізним осердям є зубчастість, яка погіршує плавність руху. Зубчастість виникає через те, що пазова конструкція первинної обмотки призводить до того, що вона займає «переважні» положення під час руху вздовж магнітів вторинної обмотки. Щоб подолати тенденцію первинної обмотки вирівнюватися з магнітами вторинної обмотки, двигун повинен виробляти більше зусилля, що викликає пульсації швидкості, які називаються зубчастістю. Ця зміна сили та пульсацій швидкості погіршує плавність руху, що може бути суттєвою проблемою в застосуваннях, де важлива якість руху під час руху (а не лише кінцева точність позиціонування).

Існує безліч методів, які виробники використовують для зменшення зубчастості. Один поширений підхід полягає у зміщенні положення магнітів (або зубців), створюючи плавніші переходи, коли первинні зубці рухаються по вторинних магнітах. Подібного ефекту можна досягти, змінивши форму магнітів на витягнутий восьмикутник.

Інший метод зменшення зубчастого обертання називається дробовим намотуванням. У цій конструкції первинна обмотка містить більше ламінованих зубців, ніж магнітів у вторинній, а стек ламінацій має особливу форму. Разом ці дві модифікації працюють над усуненням сил зубчастого обертання. І, звичайно, програмне забезпечення завжди пропонує рішення. Алгоритми проти зубчастого обертання дозволяють сервоприводам і контролерам регулювати струм, що подається на первинну обмотку, таким чином, щоб мінімізувати коливання сили та швидкості.

Лінійні двигуни без сталевого осердя не мають зубчастого обертання, оскільки їхні первинні котушки інкапсульовані в епоксидну смолу, а не намотані на сталеву пластину. А лінійні серводвигуни без сталевого осердя мають меншу масу (епоксидна смола легша, хоча й менш жорстка, ніж сталь), що дозволяє їм досягати одних з найвищих значень прискорення, уповільнення та максимальної швидкості, що зустрічаються в електромеханічних системах. Час стабілізації зазвичай кращий (нижчий) для двигунів без сталевого осердя, ніж для версій із залізним осердям. Відсутність сталі в первинній обмотці та пов'язана з нею відсутність зубчастого обертання або пульсацій швидкості також означає, що лінійні двигуни без сталевого осердя можуть забезпечувати дуже повільний, стабільний рух, зазвичай зі зміною швидкості менше ніж 0,01 відсотка.

Який рівень інтеграції?
Як і роторні двигуни, лінійні серводвигуни є лише одним компонентом системи руху. Повноцінна система лінійних двигунів також потребує підшипників для підтримки та направлення навантаження, кабель-організації, зворотного зв'язку (зазвичай лінійний енкодер), а також сервоприводу та контролера. Досвідчені виробники оригінального обладнання та машинобудівники, або ті, хто має дуже унікальні вимоги до конструкції чи продуктивності, можуть створити повну систему з власними можливостями та готовими компонентами від різних виробників.

Конструкція лінійних двигунів, можливо, простіша, ніж конструкція систем на основі ременів, рейок та шестерень або гвинтів. Вона містить менше компонентів і менше трудомістких етапів складання (немає вирівнювання опор кулькових гвинтів або натягу ременів). А лінійні двигуни є безконтактними, тому конструкторам не потрібно турбуватися про забезпечення змащення, регулювання чи іншого обслуговування приводного блоку. Але для тих виробників оригінального обладнання та машинобудівників, які шукають готове рішення, існує безліч варіантів повних лінійних двигунів, високоточних платформ і навіть декартових та портальних систем.

Чи підходить середовище для лінійного двигуна?
Лінійні двигуни часто є кращим рішенням у складних умовах, таких як чисті приміщення та вакуумні середовища, оскільки вони мають менше рухомих частин і можуть бути поєднані практично з будь-яким типом лінійної напрямної або кабель-органайзера для задоволення вимог щодо генерації частинок, виділення газів та температури в даному застосуванні. А в крайніх випадках вторинна частина (магнітна доріжка) може бути використана як рухома частина, тоді як первинна частина (обмотки, включаючи кабелі та кабель-органайзер) залишається нерухомою.

Але якщо середовище складатиметься з металевої стружки, металевого пилу або металевих частинок, лінійний серводвигун може бути не найкращим варіантом. Це особливо стосується лінійних двигунів із залізним сердечником, оскільки їхня конструкція за своєю суттю відкрита, що робить магнітну доріжку підданою забрудненню. Напівзакрита конструкція лінійних двигунів із залізним сердечником забезпечує кращий захист, але слід подбати про те, щоб паз у вторинній частині не піддавався безпосередньому впливу джерел забруднення. Існують варіанти конструкції для закриття як лінійних двигунів із залізним сердечником, так і лінійних двигунів із залізним сердечником, але це може зменшити здатність двигуна розсіювати тепло, потенційно обмінюючи одну проблему на іншу.