يمكن اعتبار المحرك الخطي بمثابة محرك سيرفو دوار يتم فرده ووضعه بشكل مسطح لإنتاج حركة خطية بشكل أساسي. المحرك الخطي التقليدي هو عنصر ميكانيكي يحول حركة الدوران لمحرك سيرفو دوار إلى حركة في خط مستقيم. يقدم كلاهما حركة خطية ولكن مع خصائص أداء ومقايضات مختلفة جدًا. لا توجد تكنولوجيا متفوقة أو أقل شأنا - يعتمد اختيار استخدامها على التطبيق. دعونا نلقي نظرة فاحصة.

القاعدة الأساسية للمحركات الخطية هي أنها تتألق في التطبيقات التي تتطلب تسارعًا عاليًا، أو سرعات عالية، أو دقة عالية. في قياس أشباه الموصلات، على سبيل المثال، حيث تعد الدقة والإنتاجية أمرًا بالغ الأهمية، وحتى ساعة من التوقف يمكن أن تكلف عشرات الآلاف من الدولارات، توفر المحركات الخطية الحل المثالي. ولكن ماذا عن الوضع الأقل تطلبًا؟

كانت إحدى المشكلات المبكرة المتعلقة بالمحركات الخطية هي القدرة التنافسية من حيث التكلفة. تتطلب المحركات الخطية مغناطيسات أرضية نادرة، والتي تمثل أحد العوامل المحددة لطول الشوط. بالتأكيد، من الناحية النظرية، يمكن عمليا اصطفاف المغناطيسات إلى ما لا نهاية، ولكن في الواقع، وبغض النظر عن التحدي المتمثل في ضمان الصلابة الكافية على طول شوط طويل، فإن التكاليف تتزايد، خاصة بالنسبة لتصميمات القنوات U.

يمكن للمحركات ذات القلب الحديدي أن تولد نفس القوة باستخدام مغناطيسات أصغر حجمًا من التصميم المكافئ الذي لا يحتوي على حديد، لذلك إذا كانت العضلات هي المطلب الأساسي وكانت مواصفات الأداء مريحة بما يكفي لتحمل بعض اضطرابات قوة الترس التي تؤدي إلى أخطاء في الوضع الديناميكي أو السرعة، يمكن أن تولد المحركات ذات القلب الحديدي نفس القوة يكون أفضل نهج. إذا كانت متطلبات الأداء أكثر مرونة، في حدود الميكرونات بدلاً من النانومترات، فربما توفر مجموعة المشغل الخطي الحل الوسط الأكثر ملاءمة - اختر مشغلًا خطيًا لتغليف الأدوية، على سبيل المثال، ولكن محركًا خطيًا لتسلسل الحمض النووي لاكتشاف الأدوية.

طول السفر
على الرغم من وجود الكثير من الاستثناءات، فإن طول الشوط الأمثل للمحركات الخطية يتراوح من بضعة ملليمترات إلى عدة أمتار. أقل من ذلك، بديل مثل الثني قد يكون أكثر فعالية؛ أعلاه، من المحتمل أن تكون محركات الحزام ومن ثم تصميمات الجريدة المسننة والترس رهانات أفضل.

إن طول شوط المحركات الخطية مقيد ليس فقط بالتكلفة واستقرار التركيب ولكن أيضًا بمسألة إدارة الكابلات. لتوليد الحركة، يجب تنشيط القوة، مما يعني أن كابلات الطاقة تحتاج إلى السفر معها بطول الشوط الكامل. تعد الكابلات عالية المرونة والمجاري المائية المصاحبة لها باهظة الثمن، وحقيقة أن الكابلات هي أكبر نقطة فشل في التحكم في الحركة بشكل عام تزيد من تعقيد المشكلة.

وبطبيعة الحال، فإن طبيعة المحركات الخطية ذاتها يمكن أن تسفر عن حل ذكي لهذه المشكلة. عندما تكون لدينا هذه المخاوف، سنقوم بتركيب القوة على القاعدة الثابتة وتحريك المسار المغناطيسي. بهذه الطريقة، تصل جميع الكابلات إلى القوة الثابتة. تحصل على تسارع أقل قليلًا من محرك معين لأنك لا تقوم بتسريع ملف، بل تقوم بتسريع مسار مغناطيسي أثقل. إذا كنت تفعل هذا من أجل الحصول على درجات G عالية، فلن يكون ذلك جيدًا. إذا لم يكن لديك حقًا تطبيق عالي السرعة، فقد يكون هذا تصميمًا جيدًا جدًا.

تستشهد Profeta بمحركات سيرفو خطية Aerotech ذات قوى قصوى تتراوح من 28 إلى 900 رطل، ولكن هنا مرة أخرى، يفسح التصميم الأساسي للمحركات الخطية المجال لحلول فريدة تقدم أكثر من ذلك بكثير. لدينا عملاء سيأخذون أكبر محركاتنا الخطية، ويجمعون ستة منها معًا، ويولدون ما يقرب من 6000 رطل من القوة. يمكنك وضع قوى قوى متعددة في مسارات متعددة، وتثبيتها معًا ميكانيكيًا، ثم تبديلها جميعًا معًا بحيث تعمل كمحرك واحد؛ أو يمكنك وضع أدوات قوى متعددة في نفس المسار المغناطيسي وتركيبها على العربة التي تحمل الحمولة ومعاملتها كمحرك واحد.

نظرًا لأننا نعيش في العالم الحقيقي ومن المستحيل مطابقة عملية التبديل تمامًا، فهناك عقوبة كفاءة بنسبة قليلة في المائة للدفع مقابل هذا النهج، ولكنها قد لا تزال تسفر عن أفضل حل شامل لتطبيق معين.

وجها لوجه
من وجهة نظر القوة، كيف يمكن للمحركات الخطية أن تتكامل مع مجموعات المحرك الدوار/المشغل الخطي؟ هناك مقايضة كبيرة في القوة، حيث قمنا بمقارنة محرك خطي بدون فتحات بعرض 4 بوصات وثمانية أقطاب مع منتج يعمل بمسمار بعرض 4 بوصات. يتمتع محركنا الخطي ذو الثمانية أقطاب بقوة قصوى تبلغ 40 رطلاً (180 نيوتن) وقوة مستمرة تبلغ 11 رطلاً (50 نيوتن). في نفس الملف التعريفي مع محرك سيرفو NEMA 23 ومنتجنا الذي يعمل بالبراغي، يبلغ الحد الأقصى للحمل المحوري 200 رطل، لذلك إذا نظرت إليه بهذه الطريقة، فإنك تنظر بشكل أساسي إلى انخفاض بمقدار 20 مرة في القوة المستمرة.

ستختلف النتائج الفعلية اعتمادًا على درجة المسمار وقطر المسمار وملفات المحرك وتصميم المحرك، وهو سريع في ملاحظة ذلك، وهي محدودة بالمحامل المحورية التي تدعم المسمار. يمكن للمحرك الخطي ذو القلب الحديدي الذي يبلغ عرضه 13 بوصة أن يولد 1600 رطل من القوة المحورية القصوى مقارنة بـ 440 رطلاً التي يوفرها منتج مدفوع لولبيًا بعرض 6 بوصات، على سبيل المثال، ولكن مقدار المساحة المتنازل عنها كبير.

لإعادة صياغة شعار سياسي، إنه التطبيق، أيها الغبي. إذا كانت كثافة القوة هي الاهتمام الأساسي، فمن المحتمل أن يكون المشغل هو الخيار الأفضل. إذا كان التطبيق يتطلب الاستجابة، على سبيل المثال في تطبيق عالي الدقة وعالي التسارع مثل فحص شاشات الكريستال السائل، فإن مقايضة البصمة بالقوة للحصول على الأداء اللازم أمر جدير بالاهتمام.

الحفاظ على نظافتها
يعد التلوث مشكلة رئيسية للتحكم في الحركة في بيئات التصنيع والمحركات الخطية ليست استثناءً. إحدى المشكلات الكبيرة المتعلقة بتصميم المحرك الخطي القياسي هي التعرض للتلوث، مثل الجسيمات الصلبة أو الرطوبة. وينطبق هذا على التصميمات "المسطحة" ولا يمثل مشكلة كبيرة بالنسبة لتصميمات [القناة U].

من الصعب جدًا إغلاق المحلول تمامًا. أنت لا تريد أن تكون في بيئة عالية الرطوبة. إذا كنت ستضع محركًا خطيًا في تطبيق القطع بنفث الماء، فيجب عليك ممارسة ضغط إيجابي عليه والتأكد من أنه محمي جيدًا لأن إلكترونيات المحرك الخطي موجودة هناك مع التشغيل.

في حالة تصميمات القنوات على شكل حرف U، يمكن أن يؤدي قلب الحرف U إلى تقليل فرصة دخول الجسيمات إلى القناة، ولكن هذا يخلق مشكلات في الإدارة الحرارية يمكن أن تؤثر على الأداء نتيجة لتحريك كتلة السكة المغناطيسية مقابل تحريك كتلة القوة . مرة أخرى، إنها مقايضة، ومرة ​​أخرى، يحفز التطبيق الاستخدام.

ليست البيئة فقط هي التي يمكن أن تؤثر على المحرك الخطي، بل يمكن للمحرك الخطي أن يخلق مشاكل مع البيئة. على عكس التصميمات الدوارة، يمكن للمغناطيسات الكبيرة في الوحدات الخطية أن تحدث ضررًا في المناطق المحيطة الحساسة مغناطيسيًا، على سبيل المثال في آلات التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI). بل يمكن أن يكون مشكلة في تطبيق أكثر واقعية مثل قطع المعادن. تحصل على هذه المغناطيسات عالية القوة التي تحاول سحب كل واحدة من هذه الرقائق المعدنية إلى مسار المغناطيس، لذلك لن تعمل المحركات الخطية بشكل جيد في هذه الأنواع من التطبيقات دون الحماية المناسبة.

حول تلك التطبيقات...
إذن، أين هو التطبيق المناسب للمحركات الخطية؟ كبداية، علم القياس في مجالات مثل تصنيع أشباه الموصلات ومصابيح LED وشاشات الكريستال السائل. تعد الطباعة الرقمية لللافتات الكبيرة أيضًا سوقًا متنامية، كما هو الحال في قطاع الطب الحيوي، وحتى تصنيع الأجزاء الصغيرة، حيث يقوم عملاؤنا بترتيب أزواج من المحركات الخطية في تكوينات عملاقة لمهام التجميع. أنت ترغب في الحصول على أكبر قدر ممكن من إنتاجية المنتج، وبالتالي فإن التسارع والسرعة العالية التي يمكنك الحصول عليها من هذه المحركات تعد مفيدة. أحد الأشياء التي قمنا بها مؤخرًا هو تصنيع خلايا الوقود. قطع الاستنسل هو شيء آخر.