فيما يلي بعض الأسئلة التي ينبغي للمهندسين والمصممين طرحها قبل اختيار المحركات الخطية.

ينبغي على المصممين الذين يستعدون لاختيار مشغل خطي لجهاز أو آلة معينة أن يُعدّوا قائمة أسئلة جاهزة لطرحها على موردي ومصنّعي تلك الأجهزة. عادةً ما تتضمن هذه القوائم أسئلة شائعة، ومعظم الشركات التي تبيع المشغلات جاهزة لها. لكن هؤلاء الموردين، في كثير من الأحيان، يتوقعون من المشترين المحتملين طرح أسئلة أخرى، ربما أكثر استقصاءً وكشفًا: ما يُسمى بالأسئلة النادرة (iFAQs).

فيما يلي زوج من الأسئلة التي ينبغي للمهندسين طرحها عند التفكير في تحديد المحركات الخطية.

س. أحتاج إلى السرعة والدقة على مسافة طويلة. ما نوع المحرك المناسب لي؟

ج. هذا سؤال ذكي. يبالغ العديد من مهندسي التصميم في تقدير دقة المحركات والمشغلات التقليدية على مسافات السفر الطويلة. يعتقدون خطأً أنه إذا كان أداء المشغل جيدًا على مسافات السفر القصيرة، فسيعمل بنفس الكفاءة على مسافات السفر الطويلة. على الرغم من أن العديد من أنواع الأنظمة الخطية تلبي اثنين من المتطلبات الثلاثة التي يرغب بها المهندسون عادةً (أطوال السفر الطويلة، والسرعة العالية، ودقة تحديد المواقع العالية)، إلا أن مشغلات المحركات الخطية هي الوحيدة التي توفر هذه المتطلبات الثلاثة دون أي تنازلات. تُستخدم غالبًا في تصنيع أشباه الموصلات، وفحص الإلكترونيات الاستهلاكية، والتطبيقات الطبية وعلوم الحياة، وأدوات الآلات، والطباعة، وتطبيقات التغليف.

لتقديم بعض المعلومات الأساسية، دعونا نُعرّف المحركات الخطية. المحرك الخطي هو في الأساس محرك دوار مُفكّ ومُسطّح. يسمح هذا المحرك بالاقتران مباشرةً مع الحمل الخطي. في المقابل، تستخدم تصميمات أخرى محركًا دوارًا وتُقرنه ميكانيكيًا، مما قد يُسبب ارتدادًا عكسيًا، وخسارة في الكفاءة، وعدم دقة أخرى. كما تميل المحركات الخطية إلى امتلاك سرعات قصوى أعلى مقارنةً بالبراغي الكروية ذات طول الحركة نفسه.

تُستخدم ثلاثة أنواع رئيسية من المحركات الخطية اليوم. النوع الأول هو المحركات ذات النواة الحديدية، وهي عبارة عن ملفات ملفوفة حول أسنان مصنوعة من مواد حديدية ومغلفة بصفائح معدنية. تتميز هذه المحركات بأعلى قوة لكل حجم، ونقل جيد للحرارة، وهي عادةً الأقل تكلفة. مع ذلك، يؤدي وجود الحديد في المحرك إلى زيادة عزم الدوران الناتج عن التفاعلات بين مغناطيسات المحرك، لذا فهي غالبًا ما تكون أقل دقة من النوع الثاني، أي المحركات الخطية الخالية من الحديد.

كما يوحي الاسم، لا تحتوي المحركات الخطية الخالية من الحديد على أي حديد بداخلها. المحرك هو في الأساس صفيحة إيبوكسي تم إدخال ملفات نحاسية ملفوفة بإحكام. ينزلق بين صفين من المغناطيسات المتقابلة. (يُعرف هذا أيضًا باسم طريقة مغناطيسية على شكل حرف U). يربط قضيب فاصل أسفل أحد جانبي المغناطيسات معًا. تتمثل المزايا الرئيسية للمحركات الخالية من الحديد في قوى الجذب المنخفضة وعدم وجود تروس. هذا يجعلها أكثر دقة من محركات القلب الحديدي. ومع ذلك، فإن وجود صفين من المغناطيسات يجعل الوحدات الخالية من الحديد أغلى من إصدارات القلب الحديدي. قد يكون التحكم في انتقال الحرارة صعبًا أيضًا، لذلك من المهم أن نفهم مبكرًا ما إذا كان تطبيق معين سيواجه خطر ارتفاع درجة الحرارة. تتميز أحدث المحركات الخالية من الحديد بملفات متداخلة توفر مزيدًا من التلامس السطحي لتبديد الحرارة. كما يتيح هذا التصميم للمحرك الحصول على كثافة قوة أعلى.

النوع الثالث والأخير هو المحركات الخطية عديمة الفتحات، وهي في الأساس هجينة من النوعين الأولين. يحتوي المحرك عديم الفتحات على صف واحد من المغناطيسات، مثل المحرك ذي النواة الحديدية، مما يُسهم في انخفاض سعره. يضمن المكواة الخلفية المصفحة نقلًا جيدًا للحرارة، بالإضافة إلى قوى جذب وتروس أقل من المحركات ذات النواة الحديدية. كما تتميز المحركات عديمة الفتحات بانخفاض ارتفاعها مقارنةً بالمحركات عديمة الفتحات، بالإضافة إلى انخفاض سعرها. بالنسبة للمصممين الذين يُولون أهميةً للحفاظ على أصغر حجم ممكن لمكونات آلاتهم، فإن كل مليمتر من المساحة المُوفرة يُعدّ أمرًا بالغ الأهمية.

س. كيف يمكنني أن أعرف إذا كان المحرك المحدد مناسبًا للاستخدام في بيئة معينة؟

ج. في كثير من الأحيان، يختار مهندسو التصميم المحركات الخطية بمعزل عن غيرها، ولا يُراعون مكان استخدامها. تحتوي المحركات الخطية على أجزاء متحركة أساسية لا تعمل بكفاءة إلا في البيئات التي صُممت وصُنعت من أجلها. قد يُسبب استخدام محرك خطي غير مناسب مشاكل تتراوح بين سوء التشغيل وتلف لا يُمكن إصلاحه للمشغل نفسه. في التطبيقات "المتسخة"، مثل أدوات القطع التي تُلقي بالجسيمات والخردة، سيحتاج المحرك إلى عزل وتغطية لحمايته من الملوثات.

من وجهة نظر معاكسة، قد يُدخل مُشغِّل بدون حماية مناسبة تلوثًا إلى بيئة نظيفة، مما يُعرِّض التطبيق للخطر. يُؤدي التآكل والتلف الطبيعيان إلى توليد المراحل الخطية للجسيمات مع مرور الوقت. غالبًا ما تقتصر الغرف النظيفة أو بيئات التفريغ على استخدام معدات لا تُطلق أي جسيمات، لذا من الضروري أن تُزوَّد المُشغِّلات المُستخدمة في هذه البيئات بأختام ودروع لمنع الجسيمات من دخول البيئة. بعض الأجهزة الميكانيكية التي تُوفر حركة خطية، كما هو الحال في معالجة أشباه الموصلات، لا تُحرِّك سوى ميكرونات في المرة الواحدة، لذا حتى أقل قدر من التلوث قد يُعرِّض التطبيق للخطر ويُفسده.

تحمي الأختام والدروع المكونات الأساسية من التعرض للبيئات القاسية، مما يسمح للمشغلات الخطية بالعمل بكفاءة. في البيئات النظيفة، تحمي الأختام والدروع بيئة التطبيق من الملوثات المحتملة التي قد ينتجها المشغل، وليس المشغل نفسه. بالإضافة إلى الأختام والدروع، يمكن تصميم مشغلات خطية مخصصة بمنافذ ضغط موجب تُزيل الملوثات داخل الوحدة، مما يحافظ على الأداء ودورة الحياة عند أقصى حد.

يجب مراعاة مجموعة متنوعة من العوامل البيئية عند اختيار المحركات الخطية. وتشمل هذه العوامل درجات الحرارة المحيطة، ووجود الرطوبة، والتعرض للمواد الكيميائية والغازات (باستثناء هواء الغرفة)، والإشعاع، ومستوى ضغط الهواء (للتطبيقات التي تُجرى في الفراغ)، والنظافة، والمعدات القريبة. على سبيل المثال، هل توجد معدات قريبة قد تنقل اهتزازات تؤثر على أداء المرحلة الخطية؟

يشير تصنيف حماية الدخول (IP) للمنصة الخطية، والذي يُدرج عادةً في مواصفاتها، إلى مدى تمتعها بالحماية المناسبة من بيئات محددة. وتُحدد تصنيفات IP مستويات فعالية أختام العلبة ضد دخول الأجسام الغريبة (كالغبار والأوساخ) ومستويات الرطوبة المختلفة.

يأخذ تصنيف الحماية شكل "IP-" متبوعًا برقمين. يشير الرقم الأول إلى درجة الحماية من الأجزاء المتحركة والأجسام الغريبة. أما الرقم الثاني فيحدد مستوى الحماية من التعرض لمستويات مختلفة من الرطوبة (من التنقيط إلى الرش إلى الغمر الكامل).

إن التحقق من تصنيف IP للمشغل في مرحلة مبكرة من عملية الاختيار يوفر طريقة سريعة وسهلة لاستبعاد الوحدات غير المناسبة للبيئة. على سبيل المثال، لا يوفر المشغل ذو تصنيف IP30 أي حماية من الرطوبة، ولكنه يمنع دخول الأجسام الصغيرة. إذا كانت الحماية من الرطوبة ضرورية، فابحث عن مشغل ذي تصنيف أعلى، مثل IP54، الذي يحمي من الغبار ورذاذ الماء. مع ذلك، يمكن للمشغلات الخالية من الحماية من التسرب أو الرطوبة أن توفر بدائل اقتصادية للبيئات التي لا تشكل فيها الملوثات مصدر قلق.