تُقدم المحركات الخطية إنتاجًا فائقًا، ما يجعلها متفوقة في المعدات الطبية، والأتمتة الصناعية، والتغليف، وتصنيع أشباه الموصلات. علاوة على ذلك، تُعالج المحركات الخطية الجديدة التكلفة والحرارة وتعقيد التكامل في الإصدارات القديمة. للمراجعة، تتضمن المحركات الخطية ملفًا (جزءًا رئيسيًا أو مُقوِّضًا) ومنصة ثابتة تُسمى أحيانًا أسطوانة أو ثانوية. تتوافر أنواع فرعية كثيرة، ولكن النوعين الأكثر شيوعًا في الأتمتة هما المحركات الخطية ذات النواة الحديدية عديمة الفرشاة والمحركات الخطية عديمة الحديد.

تتفوق المحركات الخطية عمومًا على المحركات الميكانيكية في الأداء. فهي تتميز بأطوال غير محدودة. وبدون مرونة وارتدادات التركيبات الميكانيكية، تكون الدقة والقدرة على التكرار عاليتين، وتظلان كذلك طوال عمر الآلة. في الواقع، تحتاج محامل التوجيه في المحرك الخطي فقط إلى صيانة؛ بينما جميع المكونات الفرعية الأخرى مقاومة للتآكل.

حيث تتفوق المحركات الخطية ذات النواة الحديدية
تحتوي محركات الحديد الخطية على ملفات رئيسية حول قلب حديدي. عادةً ما يكون الملف الثانوي مسارًا مغناطيسيًا ثابتًا. تعمل محركات الحديد الخطية بكفاءة في قوالب الحقن، وأدوات الماكينة، وآلات الضغط، نظرًا لقوة شدها العالية المستمرة. يُلاحظ أن محركات الحديد الخطية قد تتأرجح، لأن قوة الجذب المغناطيسي للملف الثانوي على الملف الرئيسي تتغير أثناء مروره عبر مسار المغناطيس. قوة الكبح هي السبب في ذلك. يعالج المصنعون مشكلة التأرجح بطرق متعددة، ولكن الأمر يُمثل مشكلة عندما يكون الهدف الرئيسي هو الحصول على أشواط سلسة.

مع ذلك، تتميز المحركات الخطية ذات النواة الحديدية بمزايا عديدة. فالاقتران المغناطيسي الأقوى (بين النواة الحديدية ومغناطيسات الجزء الثابت) يُنتج كثافة قوة عالية. لذا، تتميز المحركات الخطية ذات النواة الحديدية بقوة خرج أعلى من المحركات الخطية غير الحديدية المماثلة. بالإضافة إلى ذلك، تُبدد هذه المحركات قدرًا كبيرًا من الحرارة لأن النواة الحديدية تُطلق الحرارة المتولدة من الملف أثناء التشغيل، مما يُقلل من المقاومة الحرارية للملف للمحيط بشكل أفضل من المحركات غير الحديدية. وأخيرًا، تتميز هذه المحركات بسهولة دمجها لأن القوة الدافعة والجزء الثابت متقابلان مباشرةً.

محركات خطية بدون حديد لضربات سريعة
لا تحتوي المحركات الخطية الخالية من الحديد على حديد في قلبها الأساسي، لذا فهي أخف وزنًا لإنتاج حركة أكثر ديناميكية. تُدمج الملفات في صفيحة إيبوكسي. معظم المحركات الخطية الخالية من الحديد لها مسارات على شكل حرف U مبطنة بمغناطيس على أسطحها الداخلية. قد يحد تراكم الحرارة من قوى الدفع إلى أقل من قوى محركات الحديد المماثلة، لكن بعض المصنّعين يعالجون هذه المشكلة بهندسة مبتكرة للقناة والمحور الأساسي.

تُعزز أوقات الاستقرار القصيرة ديناميكيات المحركات الخطية الخالية من الحديد، مما يُمكّنها من القيام بحركات سريعة ودقيقة. كما أن عدم وجود قوى تجاذب كامنة بين المحورين الأساسي والثانوي يُسهّل تجميع المحركات الخطية الخالية من الحديد مقارنةً بمحركات القلب الحديدي. بالإضافة إلى ذلك، لا تتأثر محامل دعمها بالقوى المغناطيسية، ما يجعلها عادةً أطول عمرًا.

تجدر الإشارة إلى أن المحركات الخطية تواجه صعوبة في العمل على المحاور الرأسية وفي البيئات القاسية. وذلك لأنه بدون فرملة أو ثقل موازن، تتسبب المحركات الخطية (التي تتميز بعدم التلامس بطبيعتها) في انخفاض الأحمال أثناء انقطاع التيار الكهربائي.

بالإضافة إلى ذلك، قد تُولّد بعض البيئات القاسية غبارًا ونشارة تلتصق بالمحركات الخطية، خاصةً في عمليات تشغيل الأجزاء المعدنية. في هذه الحالة، تكون المحركات الخطية ذات النواة الحديدية (ومسارها المملوء بالمغناطيس) الأكثر عرضة للخطر. تتضمن بعض المشغلات محركات خطية ذات نواة حديدية أو بدونها، بالإضافة إلى تصميم مقاوم للغبار للعمل في مثل هذه البيئات. يُجنّب هذا التصميم الأخير المشاكل المرتبطة بالمنفاخ الذي يحمي المحاور الخطية عادةً.

متى تختار محركات المحرك الخطي المتكاملة
تُعزز طبيعة الدفع المباشر لمحركات المحركات الخطية الإنتاجية وديناميكيات النظام في تطبيقات صناعية متعددة. كما تتضمن بعض هذه المحركات مُرمِّزاتٍ لتغذية راجعة للموضع، مما يُسهِّل استخدام المحركات الخطية، حتى بالمقارنة مع الأنظمة القائمة على الحزام واللولب الكروي. تتكامل بعض هذه المحركات بشكلٍ وثيق مع المحرك الخطي والدليل والمُرمِّز البصري (أو المغناطيسي) لزيادة كثافة الطاقة.

يُركّب المُشفّر في بعض المُشغّلات أفقيًا، ما يمنع تأثر موضعه بالتأثيرات الخارجية. يمكن لبعض هذه التركيبات العمل بسرعة تصل إلى 6 أمتار في الثانية مع تسارع يصل إلى 60 مترًا في الثانية المربعة باستخدام مدخل 230 فولت تيار متردد. كما يُمكن استخدام وحدات بمسافة انتقال تتجاوز مترين. عادةً ما تتضمن العروض القياسية مُشفّرًا مغناطيسيًا لتتبع الموقع، مع توفر مُشفّرات بصرية لمزيد من الدقة. تشمل الخيارات الأخرى إعدادات متعددة المنزلقات، بالإضافة إلى أنظمة XY وGantry كاملة.

مقارنةً بوحدات الكرات اللولبية التقليدية، تُوفر المحركات الخطية دقةً وسرعةً أفضل - حتى في ظل ظروف دفع متعددة - بفضل التشغيل المباشر. كما يُعزز التكامل الدقيق الإنتاجية والموثوقية. تتضمن بعض هذه المحركات المحرك الخطي نفسه، وقاعدةً، ودليلاً خطيًا عريضًا يدعم منزلقًا من الألومنيوم ومقياسًا بصريًا لتحديد الموقع. في حال كان المحرك الخطي خاليًا من الحديد، يُمكن دمجه مع منزلق من الألومنيوم لتشكيل تصميم خفيف الوزن يتسارع بسرعة.

تتضمن بعض مشغلات المحركات الخطية المدمجة منزلقات مزودة ببطانات تزييت مدمجة لضمان تزييت صديق للبيئة. هنا، تتميز أطراف كتلة المجرى بحاقنات شحم محكمة الغلق لتوزيع تزييت المسار عبر دوران الكرات الفولاذية. في بعض الحالات، تُضيف بطانات التزييت الاختيارية تزييتًا لضمان تشغيل طويل الأمد مع صيانة أقل، خاصةً على المحاور ذات الأشواط القصيرة.

لا تُظهر المحركات الخطية الخالية من الحديد داخل بعض المشغلات أي تروس، ما يسمح للمحور بحركة ثابتة عند التحرك ببطء أو بسرعة. في بعض التصاميم، تبلغ قابلية التكرار مع مُشفِّر خطي بصري 2 مم. كما تتوفر بعض المشغلات بأشواط تتراوح بين 152 و1490 مم، مع استقامة تتراوح بين 6 و30 مم.

مثال خاص: تطبيقات الغرف النظيفة
خيار أخير مناسب بشكل خاص للتطبيقات ذات الأشواط القصيرة ومعدلات الدورات العالية، وهو مشغلات المحركات الخطية التي تكون أجزاؤها المتحركة هي المغناطيسات والسكك الحديدية. في هذه الحالة، لا توجد مشاكل في الكابلات المتحركة التي تسبب انقطاعات، ولا توجد مشاكل في البيئات المتربة. في الواقع، تعمل المشغلات بكفاءة في البيئات الفراغية والغرف النظيفة. ذلك لأن الملفات ثابتة، مما يسمح بتبديد الحرارة بسهولة إلى هياكل التركيب. بعض هذه المشغلات الخطية تُنتج قوة مستمرة تصل إلى 94.2 أو 188.3 نيوتن، وقوة ذروة تصل إلى 242.1 أو 484.2 نيوتن، مع قبول تيار مستمر يبلغ 3.5 أو 7 أو 14 أمبير حسب الطراز. يصل طول الأشواط إلى 430 مم.

المعلمات لتحديد مراحل المحرك الخطي
عند تحديد المحركات أو المراحل استنادًا إلى المحركات الخطية، ضع في اعتبارك المعايير التالية لكل جزء من ملف تعريف الحركة الخاص بالتصميم:

• ما هي حالة الحركة المعروفة؟
• ما هي كتلة الحمل، وكتلة النظام، والشوط الفعال، ووقت الحركة، ووقت التوقف؟
• ما هي حالة القيادة، وأقصى جهد خرج، والتيار المستمر والتيار الأقصى؟
ما نوع دقة التشفير المطلوبة للإعداد؟ هل هي تناظرية أم رقمية؟
في أي بيئة عمل سيعمل المُشغِّل أو المنصة؟ ما هي درجة حرارة الغرفة؟ هل ستُخضَع الآلة لظروف الفراغ أو غرفة نظيفة؟
• ما هي متطلبات التطبيق فيما يتعلق بدقة الحركة ودقة التموضع؟
• هل سيُحرّك مُشغّل المحرك الخطي أو المنصة الأحمال أفقيًا، أو رأسيًا، أو بزاوية؟ هل سيتم تثبيت الجهاز على الحائط؟ هل يخضع لقيود المساحة؟

الإجابة على هذه الأسئلة سوف تساعد مهندسي التصميم على تحديد تكرار المحرك الخطي الأكثر ملاءمة لقطعة معينة من الآلات.