مراحل المحرك الخطي الكاملة - بما في ذلك اللوحة الأساسية، والمحرك الخطي، والأدلة الخطية، والتشفير، وأدوات التحكم.

شهدت المحركات المؤازرة الخطية ذات الدفع المباشر زيادة ملحوظة في الاعتماد على مدار الأعوام العديدة الماضية، ويرجع الفضل في ذلك جزئيًا إلى مطالب المستخدمين النهائيين بإنتاجية أعلى ودقة أفضل. وعلى الرغم من أن المحركات الخطية غالبًا ما يتم التعرف عليها لقدرتها على توفير مزيج من السرعات العالية، والسكتات الدماغية الطويلة، ودقة تحديد المواقع الممتازة التي لا يمكن تحقيقها مع آليات القيادة الأخرى، إلا أنها يمكنها أيضًا تحقيق حركة بطيئة للغاية وسلسة ودقيقة. في الواقع، توفر تكنولوجيا المحركات الخطية نطاقًا واسعًا من القدرات - قوة الدفع، والسرعة، والتسارع، ودقة تحديد المواقع، والتكرار - حيث يوجد عدد قليل من التطبيقات التي لا تعتبر المحركات الخطية حلاً مناسبًا لها.

تشمل اختلافات المحركات الخطية المحركات المؤازرة الخطية، والمحركات الخطية السائرة، والمحركات الحثية الخطية، والمحركات الخطية ذات أنبوب الدفع. عندما يكون محرك سيرفو خطي هو الخيار الأفضل للتطبيق، فإليك ثلاثة أشياء يجب مراعاتها أثناء الاختيار الأولي للمحرك.

الاعتبار "الأساسي": قلب حديدي أم عديم الحديد؟
تأتي المحركات المؤازرة ذات الدفع المباشر الخطي في نوعين رئيسيين، قلب حديدي أو غير حديدي، في إشارة إلى ما إذا كانت اللفات في الجزء الأساسي (مماثلة للجزء الثابت في المحرك الدوار) مثبتة في كومة تصفيح حديدية أو في إيبوكسي. عادةً ما يكون تحديد ما إذا كان التطبيق يتطلب قلبًا حديديًا أو محركًا خطيًا خاليًا من الحديد هو الخطوة الأولى في التصميم والاختيار.

تعد المحركات الخطية ذات القلب الحديدي مناسبة بشكل أفضل للتطبيقات التي تتطلب قوى دفع عالية للغاية. وذلك لأن تصفيح الجزء الأساسي يحتوي على أسنان (نتوءات) تركز التدفق الكهرومغناطيسي نحو مغناطيس الجزء الثانوي (مشابه للدوار في المحرك الدوار). هذا الجذب المغناطيسي بين الحديد في الجزء الأساسي والمغناطيس الدائم في الجزء الثانوي يسمح للمحرك بتقديم قوى عالية.

تتمتع المحركات الخطية الخالية من الحديد بشكل عام بقدرات قوة دفع أقل، لذا فهي غير مناسبة لمتطلبات الدفع العالية للغاية الموجودة في تطبيقات مثل الضغط أو التصنيع أو التشكيل. لكنهم يتفوقون في التجميع والنقل عالي السرعة.

الجانب السلبي لتصميم القلب الحديدي هو التسنن، مما يقلل من نعومة الحركة. يحدث الترس لأن التصميم المشقوق للجزء الأساسي يجعله يتمتع بمواضع "مفضلة" أثناء انتقاله على طول مغناطيس الجزء الثانوي. للتغلب على ميل المحرك الأساسي إلى التوافق مع مغناطيس الثانوي، يجب على المحرك إنتاج المزيد من القوة، مما يتسبب في تموج السرعة - يشار إليه باسم الترس. يؤدي هذا الاختلاف في تموج القوة والسرعة إلى تدهور سلاسة الحركة، وهو ما يمكن أن يمثل مشكلة كبيرة في التطبيقات التي تكون فيها جودة الحركة أثناء السفر (وليس فقط دقة تحديد المواقع النهائية) مهمة.

هناك العديد من الطرق التي يستخدمها المصنعون لتقليل الترس. أحد الأساليب الشائعة هو تحريف موضع المغناطيس (أو الأسنان)، مما يؤدي إلى إنشاء انتقالات أكثر سلاسة أثناء انتقال الأسنان الأولية عبر المغناطيس الثانوي. يمكن تحقيق تأثير مماثل عن طريق تغيير شكل المغناطيس إلى مثمن ممدود.

هناك طريقة أخرى لتقليل الترس تسمى اللف الجزئي. في هذا التصميم، يحتوي الأولي على عدد أكبر من أسنان التصفيح مقارنة بالمغناطيس الموجود في الثانوي، كما أن كومة التصفيح لها شكل خاص. يعمل هذان التعديلان معًا على إلغاء قوى الترس. وبطبيعة الحال، البرمجيات تقدم دائما الحل. تسمح خوارزميات مكافحة الترس لمحركات الأقراص وأجهزة التحكم المؤازرة بضبط التيار المقدم إلى المرحلة الأولية بحيث يتم تقليل الاختلافات في القوة والسرعة.

لا تتعرض المحركات الخطية الخالية من الحديد للتسنن، نظرًا لأن ملفاتها الأولية مغلفة بمادة الإيبوكسي، بدلاً من لفها حول تصفيح فولاذي. والمحركات المؤازرة الخطية الخالية من الحديد لها كتلة أقل (الإيبوكسي أخف وزنًا، وإن كان أقل صلابة، من الفولاذ)، مما يسمح لها بتحقيق بعض أعلى قيم التسارع والتباطؤ والسرعة القصوى الموجودة في الأنظمة الكهروميكانيكية. عادةً ما تكون أوقات الاستقرار أفضل (أقل) للمحركات الخالية من الحديد مقارنةً بالإصدارات ذات القلب الحديدي أيضًا. إن نقص الفولاذ في المحرك الأساسي، وما يرتبط به من نقص في التسنن أو تموج السرعة، يعني أيضًا أن المحركات الخطية غير الحديدية يمكن أن توفر حركة بطيئة وثابتة جدًا، عادةً مع اختلاف في السرعة أقل من 0.01 بالمائة.

ما مستوى التكامل؟
مثل المحركات الدوارة، تعد المحركات المؤازرة الخطية مجرد مكون واحد في نظام الحركة. يتطلب نظام المحرك الخطي الكامل أيضًا محامل لدعم وتوجيه الحمل، وإدارة الكابلات، والتغذية الراجعة (عادةً ما تكون أداة تشفير خطية)، ومحرك سيرفو ووحدة تحكم. يمكن لمصنعي المعدات الأصلية وبناة الآلات ذوي الخبرة العالية، أو أولئك الذين لديهم متطلبات تصميم أو أداء فريدة جدًا، إنشاء نظام كامل بقدرات داخلية ومكونات جاهزة من مختلف الشركات المصنعة.

يمكن القول إن تصميم نظام المحرك الخطي أبسط من تصميم الأنظمة القائمة على الأحزمة أو الرفوف والتروس أو البراغي. يوجد عدد أقل من المكونات وعدد أقل من خطوات التجميع التي تتطلب عمالة كثيفة (بدون محاذاة دعامات اللولب الكروي أو شد الأحزمة). والمحركات الخطية غير قابلة للتلامس، لذلك لا داعي للقلق على المصممين بشأن اتخاذ الترتيبات اللازمة للتشحيم أو التعديلات أو أي صيانة أخرى لوحدة القيادة. ولكن بالنسبة لمصنعي المعدات الأصلية وبناة الآلات الذين يبحثون عن حل متكامل، هناك خيارات لا تعد ولا تحصى للمحركات الخطية الكاملة التي تعمل بمحرك، والمراحل عالية الدقة، وحتى الأنظمة الديكارتية والجسر.

هل البيئة مناسبة للمحرك الخطي؟
غالبًا ما تكون المحركات الخطية هي الحل المفضل في البيئات الصعبة، مثل غرف الأبحاث والبيئات الفراغية، نظرًا لأنها تحتوي على عدد أقل من الأجزاء المتحركة ويمكن إقرانها تقريبًا بأي نوع من الدليل الخطي أو إدارة الكابلات لتلبية متطلبات توليد الجسيمات وإطلاق الغازات ودرجة الحرارة التطبيق. وفي الحالات القصوى، يمكن استخدام الجزء الثانوي (المسار المغناطيسي) باعتباره الجزء المتحرك، مع بقاء الجزء الأساسي (اللفات، بما في ذلك الكابلات وإدارة الكابلات) ثابتًا.

ولكن إذا كانت البيئة ستتكون من رقائق معدنية، أو غبار معدني، أو جزيئات معدنية، فقد لا يكون محرك سيرفو خطي هو الخيار الأفضل. وينطبق هذا بشكل خاص على المحركات الخطية ذات القلب الحديدي لأن تصميمها مفتوح بطبيعتها، مما يترك المسار المغناطيسي عرضة للتلوث. يوفر التصميم شبه المغلق للمحركات الخطية الخالية من الحديد حماية أفضل، ولكن يجب توخي الحذر لضمان عدم تعرض الفتحة الموجودة في الجزء الثانوي بشكل مباشر لمصادر التلوث. هناك خيارات تصميمية لإحاطة كل من المحركات الخطية ذات القلب الحديدي والمحركات الخطية غير الحديدية، ولكن يمكن أن تقلل هذه من قدرة المحرك على تبديد الحرارة، مما قد يؤدي إلى استبدال مشكلة بأخرى.