لقد أعادت المحركات الخطية تعريف ما هو ممكن في التحكم في الحركة بأداء أسرع وأكثر دقة وأكثر موثوقية مقارنة بالمشغلات الخطية التقليدية التي تعمل بمحرك دوار. الخاصية الفريدة للمحرك الخطي هي أن الحمل يتم نقله بدون مكونات نقل الطاقة الميكانيكية. بدلاً من ذلك، فإن القوة الخطية الناتجة عن المجال المغناطيسي لملف المحرك تقترن مباشرة بالحمل. وهذا يلغي الأجهزة الميكانيكية التي تحول الحركة الدورانية إلى حركة خطية، وبالتالي تحسين عمر النظام ودقته وسرعته وأدائه العام.

مع تزايد الطلب على زيادة الإنتاجية، وجودة المنتج الأعلى، ووقت التطوير السريع، وانخفاض التكاليف الهندسية، أصبح اعتماد تكنولوجيا المحركات الخطية شائعًا بشكل متزايد من خلال الاستفادة من تصميمات المحركات الخطية المعيارية. وهي موجودة في علم القياس، وأنظمة القطع الدقيقة، ومعدات تصنيع أشباه الموصلات والإلكترونيات، ومعالجة الرقائق، والطباعة الحجرية، وأنظمة فحص الرؤية، والمعدات والأجهزة الطبية، وأنظمة الاختبار، والفضاء والدفاع، وأتمتة خطوط التجميع، وتطبيقات الطباعة والتغليف، والعديد من التطبيقات الأخرى. التي تتطلب إنتاجية عالية وحركة خطية عالية الدقة.

يجب أن يتم تشكيل وتجميع مكونات تصميم المحرك الخطي بدقة عالية وعمليات قابلة للتكرار. تعد المحاذاة الصحيحة لهذه الأجزاء أمرًا بالغ الأهمية وتتطلب تفاصيل تصميمية كبيرة ومهارة تجميع.

اليوم، غيّر الجيل الجديد من المحركات الخطية المعيارية قواعد اللعبة. يمكن تثبيت المحركات الخطية المعيارية الجاهزة بسهولة على النظام وتكون جاهزة للتشغيل على الفور، مما يقلل بشكل كبير من الوقت الهندسي. يستطيع المهندسون الآن الاستفادة من المزايا القوية لتقنية المحركات الخطية المعيارية في تصميمات أجهزتهم خلال أيام فقط، بدلاً من شهور أو حتى سنوات.

تسعة مكونات رئيسية تشمل أنظمة المحركات الخطية:

1. لوحة قاعدة
2. لفائف المحرك
3. مسار مغناطيسي دائم (عادة مغناطيس النيوديميوم)
4. عربة تربط ملف المحرك بالحمل
5. قضبان تحمل خطية يتم توجيه العربة عليها وتتصل بالقاعدة
6. التشفير الخطي لردود الفعل الموقف
7. توقف النهاية
8. مسار كابل
9. منفاخ اختياري لحماية المسار المغناطيسي والمشفر والقضبان الخطية من التلوث البيئي.

حلقة التحكم

يجب أن يتم تشكيل وتجميع مكونات تصميم المحرك الخطي بدقة عالية وعمليات قابلة للتكرار. تعد المحاذاة الصحيحة لهذه الأجزاء أمرًا بالغ الأهمية وتتطلب تفاصيل تصميمية كبيرة ومهارة تجميع. على سبيل المثال، يجب أن يكون المسار المغناطيسي وملف المحرك المتحرك مسطحين ومتوازيين ومثبتين مع وجود فجوة هوائية معينة بينهما. يركب الملف المتحرك على عربة متصلة بقضبان تحمل خطية متوازية الدقة فوق المسار المغناطيسي. يعد جهاز تشفير الموضع ذو المقياس الخطي ورأس القراءة جزءًا مهمًا آخر من المحرك الخطي الذي يتطلب إجراءات محاذاة مناسبة وتصميم تركيب قوي لتحمل التسارع حتى 5 جيجا هرتز. مع المحركات الخطية المعيارية، يتم بالفعل حساب هذه التفاصيل وهندستها مسبقًا خارج الصندوق.

يتم استخدام أنظمة المحركات الخطية المعيارية مثل تلك الموضحة عند الحاجة إلى حركة خطية دقيقة وعالية السرعة وقابلة للتكرار. يعد النظام بديلاً للمشغلات اللولبية الكروية والحزام والجريدة والترس.

يتم استخدام وحدات تحكم الحركة ومحركات المؤازرة المتطورة للتحكم في حركة المحرك الخطي. تتمتع المحركات الخطية بميزة أكيدة فيما يتعلق بالصلابة واستجابة التردد. وفي نطاقات تردد معينة، فإنها تظهر صلابة تفوق اللوالب الكروية التقليدية بعامل ملحوظ قدره 10 أو أكثر. باستخدام هذه السمة، يمكن للمحركات الخطية التعامل مع النطاقات الترددية ذات الموضع العالي وحلقة السرعة بدقة مذهلة، حتى مع الاضطرابات الخارجية. على عكس اللوالب الكروية، التي غالبًا ما تواجه ترددات رنين بين 10 و100 هرتز، تعمل المحركات الخطية بترددات أعلى، مما يضع رنيناتها خارج نطاق عرض نطاق حلقة الموضع.

ومع ذلك، هناك مقايضة مرتبطة بإزالة ناقل الحركة الميكانيكي. تساعد المكونات الميكانيكية، مثل البراغي الكروية، على تقليل الاضطرابات الناجمة عن قوى الآلة، أو ترددات الرنين الطبيعي، أو الاهتزازات عبر المحاور. وإزالتها تترك المحركات الخطية معرضة بشكل مباشر لمثل هذه الاضطرابات. ونتيجة لذلك، يصبح التعويض عن هذه الاضطرابات مسؤولية وحدة التحكم في الحركة وإلكترونيات القيادة، والتي يجب أن تتعامل معها بشكل مباشر - حيث تعمل مباشرة على محور المؤازرة. وهنا يأتي دور خوارزميات الحركة ذات الحلقة المغلقة المتطورة اليوم للتخلص من الرنين وتوفير تحكم رائع في حلقة الموضع.

في عالم المحركات الخطية، توفر المحركات الخطية براعة تقنية استثنائية. إن قدرة المحركات على إظهار صلابة فائقة والعمل بترددات أعلى تميزها عن البدائل التقليدية. ومن خلال تحدي ترددات الرنين والحفاظ على الدقة العالية حتى في ظل وجود اضطرابات خارجية، تقدم المحركات الخطية حلاً مقنعًا.

ومع ذلك، فإن غياب ناقل الحركة الميكانيكي يتطلب استراتيجيات تعويض قوية لمواجهة الاضطرابات، وضمان استمرار أداء النظام وموثوقيته. تبدأ عادةً ترددات أخذ عينات وحدة التحكم في الحركة للسرعة وحلقات الموضع عند 5 كيلو هرتز. يمكن أن يكون لمحور المحرك الخطي عرض نطاق حلقة موضعية يتراوح من خمسة إلى عشرة أضعاف المحور التقليدي الذي يحركه محرك دوار، حيث تكون الترددات 1 أو 2 كيلو هرتز مقبولة. يمكن لبعض وحدات التحكم في الحركة الحالية أخذ عينات من معدلات 20 كيلو هرتز أو أكثر، مما يتيح التحكم في ردود الفعل فائقة السرعة والتحكم في المسار الدقيق للغاية.

نظرًا لأن معظم الشركات المصنعة للمحركات الخطية المعيارية هي أيضًا خبراء في التحكم في الحركة والمؤازرة، فقد تم أيضًا التفكير جيدًا في العديد من تحديات حلقة التحكم ومخاوف الرنين الميكانيكي، وتم توفير الحلول والأدوات للتخفيف من هذه التحديات.

تطبيق المحرك الخطي

لقد اكتسبت خبرة قيمة في استخدام المحركات الخطية منذ سنوات مضت، مع فريق من المهندسين الذين شرعوا في مشروع ثوري: إنشاء أول آلة قطع بالليزر تعتمد على محرك خطي في العالم. كان استخدام المحركات الخطية هو الحل الأمثل لإحداث تغيير جذري في هذه الصناعة، نظرًا لأن تقنيات المحركات الخطية التقليدية التي تحركها محركات مؤازرة دوارة لم تتمكن من توفير إمكانات الأداء العالي التي يمكن تحقيقها باستخدام المحركات الخطية.

ولم يكن تنفيذ التكنولوجيا مهمة سهلة. وأثناء بحثنا في المشروع، أدركنا أن تطبيقنا يتطلب مواصفات أداء محرك خطي لم تكن متوفرة تجاريًا. قررنا تصميم محركات خطية خصيصًا لتطبيقنا دون رادع.

لقد واجهنا العديد من التحديات، حيث كنا بحاجة إلى تحريك نظام جسري يبلغ وزنه 1000 رطل بمعدل سريع يبلغ 2.5 متر/ثانية مع تسارع قدره 1.5 جيجا هرتز، مما يعني أنه كان علينا تصميم محرك خطي يمكنه إنتاج قوى شديدة. لقد ثابر فريقنا، وقضى ساعات لا تحصى في البحث والتطوير حتى ابتكرنا أخيرًا محركًا خطيًا يمكنه تلبية متطلبات آلة القطع بالليزر الخاصة بنا. لقد كانت لحظة فخر عندما رأينا أخيرًا محركاتنا الخطية تعمل بعد 14 شهرًا، مما دفع النظام القنطري بسرعة وسهولة ودقة لا تصدق. وكان الأداء الذي تم تحقيقه غير مسبوق. من الجدير بالملاحظة أن نفكر في مدى السرعة التي كان من الممكن أن يكتمل بها مفهوم الماكينة الخاص بنا إذا كانت المحركات الخطية المعيارية الجاهزة متوفرة في ذلك الوقت.

لقد تطورت تكنولوجيا المحركات الخطية بشكل كبير منذ أن شرعنا في رحلة تصميم المحركات الخطية في التسعينيات. مع إدخال تصميمات معيارية جديدة، أصبحت إمكانية الابتكار والتقدم في تصميم الحركة والمحركات الخطية أكبر من أي وقت مضى. تعيد المحركات الخطية المعيارية تعريف ما هو ممكن، من خلال إمكانات التحكم في الحركة الأسرع والأكثر دقة والموثوقة والتي يمكن نشرها بسرعة لإفادة مجموعة واسعة من التطبيقات في العديد من الصناعات.