يمكن للمحركات الخطية تحقيق معدلات تسارع عالية وأطوال سفر طويلة مع قوى دفع جيدة ودقة عالية للغاية في تحديد المواقع، بينما يجب أن تضحي آليات القيادة الأخرى، مثل الأحزمة أو البراغي أو الجريدة والتروس، بواحد على الأقل من هذه المتطلبات من أجل تحقيق الهدف. آحرون. وهذا هو السبب في أن المحركات الخطية هي الخيار المفضل للتطبيقات الديناميكية للغاية مثل علم القياس وتصنيع أشباه الموصلات.

في الواقع، استنادًا إلى مواصفات أدائها، يبدو أن المحركات الخطية هي الحل الأمثل لتلبية المتطلبات التنافسية التي غالبًا ما توجد في تطبيقات الحركة الخطية. لكن هذا يثير السؤال: "لماذا لا يتم اعتماد المحركات الخطية على نطاق أوسع؟"

لفهم سبب تخلف معدل اعتماد المحركات الخطية عن تقنيات القيادة الأخرى - مثل الأحزمة أو البراغي أو محركات الجريدة المسننة - دعونا نلقي نظرة على بعض مزايا وعيوب تصميمات المحركات الخطية.

توليد الحرارة وتبديدها

عند تحديد حجم المحرك واختياره - سواء كان دوارًا أو خطيًا - فإن الحرارة هي أحد الاعتبارات الأساسية. في الواقع، فإن منحنيات عزم الدوران (أو القوة) مقابل السرعة، والتي تصور نطاقات التشغيل المستمرة والمتقطعة لمجموعة معينة من المحركات، تعتمد على قدرة المحرك على تبديد الحرارة في ظل ظروف تشغيل محددة.

يمكن أن يكون توليد الحرارة أكثر إشكالية بالنسبة للمحركات الخطية مما هو عليه بالنسبة للمحركات الدوارة، حيث يتم تثبيت الحمل على القوة، التي تحتوي على ملفات المحرك. (في بعض تصميمات المحركات الخطية، يمكن تثبيت الحمل على المسار المغناطيسي، على الرغم من أن هذا قد يكون ممكنًا فقط للسكتات القصيرة.) وفي المحركات الخطية غير الحديدية، يتم تغليف اللفات بالإيبوكسي، الذي لا يبدد الحرارة بسهولة كما هو الحال في المحركات الخطية. المعادن مثل الحديد أو الألومنيوم.

وهذا يعني أنه يتم نقل الحرارة بسهولة إلى الحمل والمكونات المحيطة به، مما يتسبب في التمدد الحراري أو التدهور أو في الحالات القصوى حدوث تلف أو فشل. حتى لو لم يتأثر الحمل، فإن تراكم الحرارة يمكن أن يقلل من قوة المحرك المستمرة. ولمواجهة ذلك، تتطلب بعض التطبيقات التبريد القسري بالهواء أو السائل، مما يزيد من التكلفة والبصمة والتعقيد.

الحماية من التلوث

نظرًا لتصميمها المفتوح والمغناطيس المكشوف، قد يكون من الصعب حماية المحركات الخطية المسطحة ذات القلب الحديدي والتصميمات غير الحديدية على شكل حرف U من التلوث. في حين أنه يمكن حماية الأدلة الخطية الداعمة بمختلف الأختام والكاشطات الجاهزة، فإن المغناطيس المكشوف للمحرك الخطي يمكن أن يجذب الجزيئات الحديدية من عمليات التشغيل الآلي أو ببساطة من التلوث المحمول بالهواء الذي يوجد غالبًا في بيئات التصنيع والمصانع. ويمكن للتلوث السائل أن يلحق الضرر بالإلكترونيات الحساسة أو يتداخل مع أنظمة التغذية الراجعة.

بالطبع، يمكن تصميم الأغطية والهياكل الخارجية للحماية من التلوث، ولكنها قد تزيد من صعوبة تبديد الحرارة على المحرك، مما يؤدي إلى تفاقم المشكلات المرتبطة بالحرارة الموضحة أعلاه.

التعويض عن الاهتزازات والتذبذبات

تتمثل إحدى نقاط البيع الرئيسية لحل المحرك الخطي في أنه يلغي الحاجة إلى مكونات نقل الطاقة الميكانيكية - مثل البراغي والأحزمة وعلب التروس والوصلات - بين المحرك والحمل. وهذا يعني أن المحركات الخطية لا تعاني من تأثيرات رد الفعل العكسي، والانفجار، والامتثال، وهو عامل رئيسي في قدرتها على تحقيق دقة عالية جدًا في تحديد المواقع وتنفيذ تحركات ديناميكية للغاية، مع معدلات تسارع وتباطؤ سريعة.

لكن مكونات ناقل الحركة الميكانيكي يمكن أن تكون مفيدة في نظام الحركة من خلال توفير آلية تخميد التذبذبات وتخفيف الاضطرابات، مثل ردود الفعل الناتجة عن قوى التصنيع أو الاهتزازات الناجمة عن حركة الحمل. وبدون تأثير التخميد "المدمج" هذا، يمكن أن تمنع التذبذبات والاهتزازات المحركات الخطية من تحقيق دقة تحديد الموقع المطلوبة أو وقت الاستقرار.

للتأكد من قدرة النظام على الاستجابة لتأثيرات هذه الاهتزازات والتذبذبات غير المخمدة وإجراء تصحيحات لها، غالبًا ما تتطلب أنظمة المحركات الخطية سرعة تردد أعلى، وموضع، وحلقات تحكم في التيار (القوة)، وعرض نطاق حلقة تيار أعلى. يحتاج نظام التغذية المرتدة للموضع - عادةً ما يكون جهاز تشفير خطيًا بصريًا أو مغناطيسيًا - إلى دقة أعلى حتى تتمكن وحدة التحكم من تتبع موضع المحرك والحمل بشكل أكثر دقة. حتى إطار الآلة أو الهيكل الداعم يجب أن يكون قاسيًا بدرجة كافية (مع تردد طبيعي مرتفع) ليظل غير حساس نسبيًا للصدمات والاهتزازات ويتحمل القوى الناتجة عن المحرك الخطي.

بمعنى آخر، نظرًا لوجود عدد أقل من المكونات للمساعدة في التعويض عن الاهتزازات والاضطرابات، يجب أن تكون حلقات التغذية المرتدة والتحكم قادرة على التواصل بشكل أسرع وأكثر دقة حتى يتمكن النظام من تحقيق أداء ديناميكي وعالي الدقة.

التكلفة الأولية مقابل التكلفة الإجمالية للملكية

وأخيرًا، لا يزال أحد العوامل الرئيسية التي تحد من انتشار استخدام المحركات الخطية هو التكلفة الأولية. على الرغم من كثرة المقارنات التي توضح انخفاض التكلفة الإجمالية للملكية (TCO) لحلول المحركات الخطية مقارنةً بحلول الحزام أو اللولب أو الجريدة والترس التقليدية في بعض التطبيقات، إلا أن التكلفة الأولية لنظام المحرك الخطي لا تزال عائقًا اعتماد للمهندسين والمصممين المكلفين بتلبية مواصفات الأداء ضمن ميزانية محدودة. مثال على ذلك: بالنسبة للتطبيقات ذات أطوال السفر الطويلة جدًا - أحد المجالات التي تتفوق فيها حلول المحركات الخطية - فإن تكلفة المغناطيس وأجهزة التشفير الخطية عالية الدقة لتلبية متطلبات السفر يمكن أن تُسعر حل المحرك الخطي دون الاعتبار.

تدفع التطبيقات غير التقليدية النمو في معدلات اعتماد المحركات الخطية

على الرغم من الصعوبات المحتملة التي يفرضها توليد الحرارة، والحماية من التلوث، وضوابط النطاق الترددي العالي، والتكلفة، فإن معدل اعتماد المحركات الخطية آخذ في الازدياد. كانت المحركات الخطية ذات القلب الحديدي، والمحركات الخطية غير الحديدية، والأنبوبية، التي كانت تعتبر حلولاً متخصصة لتطبيقات أشباه الموصلات والمقاييس والآلات الثقيلة، تستخدم الآن في تطبيقات السيارات والأغذية والتغليف والطباعة، حيث قد لا تكون التحركات صعبة أو تعتبر متطلبات الدقة أمرًا متطلبًا، ولكن حيث تبرر فوائد المكونات الأقل ووقت التوقف الأقل والإنتاجية الأعلى التكلفة الإضافية واعتبارات التصميم.