Лінійні двигуни забезпечують чудову продуктивність, тому вони чудово підходять для медичного обладнання, промислової автоматизації, упаковки та виробництва напівпровідників. Більше того, нові лінійні двигуни вирішують проблеми вартості, нагрівання та складності інтеграції, характерні для ранніх версій. Для огляду, лінійні двигуни включають котушку (первинну частину або силовий механізм) та стаціонарну платформу, яку іноді називають плитою або вторинною. Існує безліч підтипів, але два найпоширеніші для автоматизації - це безщіткові лінійні двигуни з залізним сердечником та беззалізні лінійні двигуни.

Лінійні двигуни зазвичай перевершують механічні приводи. Вони мають необмежену довжину. Без еластичності та люфту, властивих механічним налаштуванням, точність та повторюваність високі та залишаються такими протягом усього терміну служби машини. Фактично, лише напрямні підшипники лінійного двигуна потребують обслуговування; всі інші підкомпоненти не зношуються.

Де перевершують лінійні двигуни з залізним сердечником
Лінійні двигуни із залізним сердечником мають первинні котушки навколо залізного сердечника. Вторинна обмотка зазвичай є стаціонарною магнітною доріжкою. Лінійні двигуни із залізним сердечником добре працюють у ливарних машинах, верстатах та пресах, оскільки вони видають високу безперервну силу. Одним застереженням є те, що лінійні двигуни із залізним сердечником можуть створювати зубчасті обертання, оскільки магнітне тяжіння вторинної обмотки до первинної обмотки змінюється під час її переміщення по магнітній доріжці. Тут винна сила фіксації. Виробники вирішують проблему зубчастих обертань кількома способами, але це проблематично там, де головною метою є плавні ходу.

Незважаючи на це, лінійні двигуни із залізним сердечником мають безліч переваг. Міцніший магнітний зв'язок (між залізним сердечником та магнітами статора) забезпечує високу щільність сили. Отже, лінійні двигуни із залізним сердечником мають вищу вихідну силу, ніж аналогічні лінійні двигуни без сталевого сердечника. Крім того, ці двигуни розсіюють багато тепла, оскільки залізний сердечник відводить тепло, що генерується котушкою, під час роботи, що краще зменшує тепловий опір котушки до навколишнього середовища, ніж двигуни без сталевого сердечника. Зрештою, ці двигуни легко інтегрувати, оскільки силовий механізм та статор розташовані безпосередньо один навпроти одного.

Безметалічні лінійні двигуни для швидких ходів
Лінійні двигуни без заліза не мають заліза в первинній обмотці, тому вони легші та забезпечують динамічніший рух. Котушки вбудовані в епоксидну пластину. Більшість лінійних двигунів без заліза мають U-подібні доріжки, внутрішні поверхні яких викладені магнітами. Накопичення тепла може обмежити сили тяги до менших, ніж у порівнянних двигунів із залізним сердечником, але деякі виробники вирішують цю проблему за допомогою інноваційної геометрії каналів та первинної обмотки.

Короткий час стабілізації ще більше підвищує динаміку лінійних двигунів без сталевого осердя, що дозволяє їм виконувати швидкі та точні рухи. Відсутність власних сил тяжіння між первинною та вторинною обмотками означає, що лінійні двигуни без сталевого осердя також легше збирати, ніж двигуни із сталевим сердечником. Крім того, їхні опорні підшипники не піддаються впливу магнітних сил, тому зазвичай служать довше.

Зверніть увагу, що лінійні двигуни мають проблеми на вертикальних осях та в складних умовах експлуатації. Це пояснюється тим, що без певного гальмування або противаги лінійні двигуни (які за своєю суттю є безконтактними) дозволяють вантажам падати під час вимкнення живлення.

Крім того, деякі суворі середовища можуть утворювати пил і стружку, які прилипають до лінійних двигунів, особливо під час обробки металевих деталей. Тут лінійні двигуни із залізним сердечником (та їхня доріжка, заповнена магнітами) є найбільш вразливими. Деякі приводи містять лінійні двигуни із залізним або беззалізним сердечником та пилонепроникну конструкцію для роботи в таких середовищах. Остання усуває проблеми, пов'язані з сильфонами, які традиційно захищають лінійні осі.

Коли вибирати інтегровані лінійні двигуни-актуатори
Прямий привід лінійних двигунів підвищує продуктивність та динаміку системи для безлічі промислових застосувань. Деякі приводи на основі лінійних двигунів також включають енкодери для зворотного зв'язку за положенням… що робить використання лінійних двигунів простішим, навіть порівняно з системами на основі ремінних та кулькових гвинтів. Деякі з цих приводів тісно інтегрують лінійний двигун, напрямну та оптичний (або магнітний) енкодер для подальшого підвищення щільності потужності.

Енкодер у деяких приводах встановлюється горизонтально, тому на його положення не впливають зовнішні впливи. Деякі такі конструкції можуть працювати зі швидкістю до 6 м/с з прискоренням до 60 м/с², використовуючи вхід 230 В змінного струму. Можливі модулі з ходом понад два метри. Стандартні пропозиції зазвичай включають магнітний енкодер для зворотного зв'язку щодо положення, хоча для більшої точності доступні оптичні енкодери. Інші опції включають багатоповзунні конфігурації, а також повні XY та портальні системи.

Порівняно з традиційними модулями з кульковими гвинтами, приводи на основі лінійних двигунів пропонують кращу точність і швидкість — навіть за багатьох умов вихідної тяги — завдяки прямому приводу. Тісніша інтеграція також підвищує продуктивність і надійність. Деякі такі приводи включають сам лінійний двигун, основу та широку лінійну напрямну, що підтримує алюмінієвий повзун і оптичну шкалу для зворотного зв'язку щодо положення. Якщо лінійний двигун не містить сталі, він може поєднуватися з алюмінієвим повзуном, утворюючи легку конструкцію, яка швидко розганяється.

Деякі компактні лінійні двигуни-приводи також включають повзуни з вбудованими мастильними накладками для екологічно чистого змащування. Тут кінці бігунка оснащені герметично закритими мастильними інжекторами для забезпечення змащування доріжки кочення за допомогою циркуляції сталевих кульок. У деяких випадках додаткові мастильні накладки додають змащення для тривалої роботи з меншим обсягом обслуговування, особливо на осях з короткими ходами.

Лінійні двигуни без сталі всередині деяких приводів також не мають зубчастого обертання, тому вісь може стабільно рухатися як повільно, так і швидко. У деяких конструкціях повторюваність оптичного лінійного енкодера становить 2 мм. Деякі приводи навіть доступні з ходами від 152 до 1490 мм та прямолінійністю від 6 до 30 мм.

Спеціальний приклад: застосування в чистих приміщеннях
Останнім варіантом, особливо придатним для застосувань з короткими ходами та високою частотою циклів, є лінійні двигуни, в яких рухомими частинами є магніти та рейка. Тут немає проблем з рухомими кабелями, що призводять до обривів. Також немає проблем із запиленим середовищем. Фактично, приводи добре працюють у вакуумному середовищі та чистих приміщеннях. Це пояснюється тим, що котушки нерухомі, тому тепло легко розсіюється на монтажні конструкції. Деякі такі лінійні двигуни видають безперервне зусилля 94,2 або 188,3 Н та пікове зусилля 242,1 або 484,2 Н — приймаючи безперервний струм 3,5, 7 або 14 А залежно від версії. Хід досягає 430 мм.

Параметри для визначення каскадів лінійного двигуна
Під час визначення виконавчих механізмів або платформ на основі лінійних двигунів слід враховувати такі критерії для кожної частини профілю руху конструкції:

• Яка відома умова руху?
• Яка маса вантажу, маса системи, ефективний хід, час переміщення та час витримки?
• Який стан приводу, максимальна вихідна напруга, безперервний та піковий струм?
• Яка роздільна здатність кодера потрібна для установки? Чи має вона бути аналоговою чи цифровою?
• У якому робочому середовищі працюватиме виконавчий механізм або платформа? Яка буде температура в приміщенні? Чи буде машина піддаватися вакууму або умовам чистого приміщення?
• Які вимоги до точності руху та точності позиціонування висуває додаток?
• Чи буде лінійний двигун-привід або платформа переміщувати вантажі горизонтально, вертикально або під кутом? Чи буде установка кріпитися до стіни? Чи має вона обмеження в просторі?

Відповіді на ці питання допоможуть інженерам-конструкторам визначити найбільш підходящу ітерацію лінійного двигуна для даного обладнання.