Лінійний двигун можна уявити як розгорнутий та розгорнутий у горизонтальне положення обертовий серводвигун для створення принципово лінійного руху. Традиційний лінійний привід – це механічний елемент, який перетворює обертальний рух обертового серводвигуна на прямолінійний. Обидва пропонують лінійний рух, але з дуже різними характеристиками продуктивності та компромісами. Немає кращої чи гіршої технології – вибір того, яку використовувати, залежить від застосування. Давайте розглянемо це детальніше.

Емпіричне правило для лінійних двигунів полягає в тому, що вони найкраще підходять для застосувань, що вимагають високого прискорення, високих швидкостей або високої точності. Наприклад, у напівпровідниковій метрології, де роздільна здатність і пропускна здатність є критично важливими, і навіть година простою може коштувати десятки тисяч доларів, лінійні двигуни є ідеальним рішенням. Але як щодо менш вимогливої ​​ситуації?

Ранньою проблемою лінійних двигунів була конкурентоспроможність вартості. Лінійні двигуни потребують рідкоземельних магнітів, які є одним з обмежувальних факторів довжини ходу. Звичайно, теоретично магніти можна розташовувати практично нескінченно, але насправді, окрім проблеми забезпечення достатньої жорсткості протягом великої довжини ходу, витрати зростають, особливо для U-подібних конструкцій.

Двигуни із залізним сердечником можуть генерувати таку ж силу, використовуючи менші магніти, ніж еквівалентна конструкція без заліза, тому, якщо основною вимогою є м'язи, а характеристики продуктивності достатньо послаблені, щоб терпіти деякі збурення зубчастої сили, що призводить до динамічних помилок положення або швидкості, залізне осердя може бути найкращим підходом. Якщо вимоги до продуктивності ще послабші, порядку мікронів, а не нанометрів, можливо, комбінація лінійних приводів забезпечить найбільш підходящий компроміс — виберіть, скажімо, лінійний привід для упаковки ліків, але лінійний двигун для секвенування ДНК для виявлення ліків.

Тривалість подорожі
Хоча існує багато винятків, оптимальна довжина ходу для лінійних двигунів коливається від кількох міліметрів до кількох метрів. Для менших значень альтернатива, така як згинальний механізм, може бути ефективнішою; для більших – ремінні передачі, а потім рейково-шестерневі конструкції, ймовірно, є кращим варіантом.

Довжина ходу лінійних двигунів обмежується не лише вартістю та стабільністю монтажу, але й питанням організації кабелів. Для створення руху силовий механізм має бути підключений до живлення, а це означає, що силові кабелі повинні проходити разом з ним на повну довжину ходу. Високогнучкий кабель та супутні кабельні канали є дорогими, а той факт, що кабель є найбільшою причиною відмови в управлінні рухом загалом, ще більше ускладнює проблему.

Звичайно, сама природа лінійних двигунів може запропонувати розумне рішення цієї проблеми. Там, де у нас є такі занепокоєння, ми встановлюємо силовий механізм на стаціонарну основу та переміщуємо магнітну доріжку. Таким чином, усі кабелі підходять до стаціонарного силового механізму. Ви отримуєте трохи менше прискорення від даного двигуна, оскільки ви не прискорюєте котушку, ви прискорюєте магнітну доріжку, яка важча. Якби ви робили це для високих перевантажень, це було б недобре. Якщо у вас дійсно немає застосування з високими перевантаженнями, це може бути дуже гарною конструкцією.

Profeta посилається на лінійні серводвигуни Aerotech з піковими зусиллями від 28 до 900 фунтів, але тут знову ж таки фундаментальна конструкція лінійних двигунів дозволяє створювати унікальні рішення, що пропонують набагато більше. У нас є клієнти, які беруть наші найбільші лінійні двигуни, складають шість з них разом і генерують майже 6000 фунтів сили. Ви можете розмістити кілька силових механізмів на кількох доріжках, механічно скріпити їх разом, а потім комутувати їх усі разом, щоб вони працювали як один двигун; або ви можете розмістити кілька силових механізмів на одній магнітній доріжці та встановити їх на каретці, що утримує вантаж, і розглядати їх як один двигун.

Оскільки ми живемо в реальному світі, і неможливо точно зіставити комутацію, цей підхід пов'язаний з погіршенням ефективності на кілька відсотків, але він все одно може забезпечити найкраще універсальне рішення для даної програми.

Голова до голови
З точки зору сили, як лінійні двигуни порівнюються з комбінаціями обертового двигуна/лінійного приводу? Існує значний компроміс у силі, ми порівнюємо 4-дюймовий, восьмиполюсний безпазовий лінійний двигун шириною 4 дюйми з 4-дюймовим гвинтовим приводом. Наш восьмиполюсний лінійний двигун має пікову силу 40 фунтів (180 Н) та постійну силу 11 фунтів (50 Н). У цьому ж профілі з серводвигуном NEMA 23 та нашим гвинтовим приводом максимальне осьове навантаження становить 200 фунтів (90 кг), тому, якщо розглядати це з такої точки зору, ви маєте фактично 20-кратне зменшення постійної сили.

Він одразу зазначає, що фактичні результати залежатимуть від кроку гвинта, діаметра гвинта, обмоток двигуна та конструкції двигуна, і будуть обмежені осьовими підшипниками, що підтримують гвинт. Лінійний двигун компанії із залізним сердечником шириною 13 дюймів може генерувати пікову осьову силу 1600 фунтів порівняно з 440 фунтами, які забезпечує, наприклад, виріб із гвинтовим приводом шириною 6 дюймів, але обсяг втраченого простору є значним.

Перефразуючи політичне гасло, головне — застосування, дурню. Якщо щільність сили є головною проблемою, то виконавчий механізм, ймовірно, найкращий вибір. Якщо застосування вимагає швидкої реакції, наприклад, у високоточній, високошвидкісній програмі, такій як РК-інспекція, то компроміс між розміром та силою для отримання необхідної продуктивності є виправданим.

Підтримка чистоти
Забруднення є серйозною проблемою для керування рухом у виробничих середовищах, і лінійні двигуни не є винятком. Однією з головних проблем стандартної конструкції лінійних двигунів є вплив забруднення, такого як тверді частинки або волога. Це стосується «плоских» конструкцій і меншою проблемою для конструкцій [з U-подібним каналом].

Дуже важко повністю герметизувати рішення. Ви ж не хочете перебувати в середовищі з високою вологістю. Якщо ви збираєтеся використовувати лінійний двигун у процесі гідроабразивного різання, вам потрібно створити на нього позитивний тиск і переконатися, що він добре захищений, оскільки електроніка лінійного двигуна знаходиться безпосередньо поруч із приводом.

У випадку конструкцій з U-подібним каналом, інвертування U-подібної форми може мінімізувати ймовірність потрапляння частинок у канал, але це створює проблеми з терморегулюванням, які можуть погіршити продуктивність в результаті переміщення маси магнітної рейки порівняно з переміщенням маси силового механізму. Знову ж таки, це компроміс, і знову ж таки, застосування визначає використання.

Не лише навколишнє середовище може впливати на лінійний двигун — лінійний двигун може створювати проблеми з навколишнім середовищем. На відміну від роторних конструкцій, великі магніти в лінійних вузлах можуть завдавати шкоди магніточутливому середовищу, наприклад, в апаратах магнітно-резонансної томографії (МРТ). Це може бути проблемою навіть у більш прозаїчному застосуванні, такому як різання металу. Ви отримуєте ці потужні магніти, які намагаються притягнути кожну з цих металевих стружок до магнітної доріжки, тому лінійні двигуни не працюватимуть добре в таких типах застосувань без належного захисту.

Про ці програми…
Отже, де ж знаходиться найкраща зона застосування лінійних двигунів? По-перше, у метрології, у таких галузях, як виробництво напівпровідників, світлодіодів та РК-дисплеїв. Цифровий друк великих вивісок також є зростаючим ринком, як і біомедичний сектор, і навіть у виробництві дрібних деталей наші клієнти розміщують пари лінійних двигунів у портальних конфігураціях для складальних завдань. Ви хочете отримати якомога більшу продуктивність продукції, тому високе прискорення та швидкість, які можна отримати від цих двигунів, є перевагою. Останнім часом ми займаємося виробництвом паливних елементів; трафаретне різання – ще одна річ.