Lineaarimoottoria voidaan pitää pyörivänä servomoottorina, joka on rullattu auki ja asetettu tasaiseksi, jotta se tuottaa pohjimmiltaan lineaarista liikettä. Perinteinen lineaarinen toimilaite on mekaaninen elementti, joka muuttaa pyörivän servomoottorin kääntöliikkeen suoraviivaiseksi liikkeeksi. Molemmat tarjoavat lineaarista liikettä, mutta niillä on hyvin erilaiset suorituskykyominaisuudet ja kompromissit. Ei ole olemassa parempaa tai huonompaa tekniikkaa – käytettävän vaihtoehdon valinta riippuu sovelluksesta. Katsotaanpa tarkemmin.

Lineaarimoottorien nyrkkisääntönä on, että ne loistavat sovelluksissa, jotka vaativat suurta kiihtyvyyttä, suuria nopeuksia tai suurta tarkkuutta. Esimerkiksi puolijohdemetrologiassa, jossa resoluutio ja suorituskyky ovat kriittisiä ja jopa tunnin seisonta-aika voi maksaa kymmeniä tuhansia dollareita, lineaarimoottorit tarjoavat ihanteellisen ratkaisun. Mutta entä vähemmän vaativa tilanne?

Lineaarimoottorien varhainen ongelma oli kustannuskilpailukyky. Lineaarimoottorit vaativat harvinaisten maametallien magneetteja, jotka ovat yksi iskunpituutta rajoittavista tekijöistä. Toki teoriassa magneetteja voidaan rivittää käytännössä loputtomasti, mutta todellisuudessa kustannukset nousevat etenkin U-kanavamalleissa, vaikka haasteena on varmistaa riittävä jäykkyys pitkällä iskunpituudella.

Rautasydämiset moottorit voivat tuottaa saman voiman käyttämällä pienempiä magneetteja kuin vastaava rautaton rakenne, joten jos lihas on ensisijainen vaatimus ja suorituskykyvaatimukset ovat riittävän rentoa sietääkseen joitain dynaamisiin asento- tai nopeusvirheisiin johtavia jarrutusvoiman häiriöitä, rautaydin voi olla paras lähestymistapa. Jos suorituskykyvaatimukset ovat vieläkin löysempiä, mikrometrien luokkaa nanometrien sijaan, ehkä lineaarinen toimilaiteyhdistelmä tarjoaa sopivimman kompromissin - valitse esimerkiksi lineaarinen toimilaite lääkepakkaukseen, mutta lineaarinen moottori lääkekehityksen DNA-sekvensointiin.

Matkan pituus
Vaikka poikkeuksia on runsaasti, lineaarimoottorien optimaalinen iskunpituus vaihtelee muutamasta millimetristä useisiin metreihin. Tätä alhaisempi vaihtoehto, kuten taivutus, saattaa olla tehokkaampi; edellä, hihnakäytöt ja sitten hammastankomallit ovat luultavasti parempia vaihtoehtoja.

Lineaarimoottorien iskunpituutta ei rajoita vain kustannukset ja asennuksen vakaus, vaan myös kaapelin hallinta. Liikkeen synnyttämiseksi pakotin on saatava jännitteiseksi, mikä tarkoittaa, että virtakaapeleiden on kuljetettava sen mukana koko iskunpituus. High-flex-kaapeli ja siihen liittyvät kulkureitit ovat kalliita, ja se, että kaapelit ovat suurin yksittäinen vikakohta liikkeenhallinnassa, vaikeuttaa ongelmaa entisestään.

Tietenkin lineaarimoottorien luonne voi tarjota näppärän ratkaisun tähän ongelmaan. Jos meillä on näitä huolenaiheita, asennamme pakottimen kiinteään alustaan ​​ja siirrämme magneettirataa. Tällä tavalla kaikki kaapelit tulevat kiinteään pakottimeen. Saat hieman vähemmän kiihtyvyyttä tietystä moottorista, koska et kiihdytä kelaa, vaan kiihdytät magneettirataa, joka on raskaampaa. Jos tekisit tämän korkealle G:lle, se ei olisi hyvä. Jos sinulla ei todellakaan ole high-G-sovellusta, tämä voisi olla erittäin hyvä muotoilu.

Profeta mainitsee Aerotechin lineaariset servomoottorit, joiden huippuvoimat vaihtelevat välillä 28-900 naulaa, mutta tässäkin lineaarimoottorien perusrakenne soveltuu ainutlaatuisille ratkaisuille, jotka tarjoavat paljon enemmän. Meillä on asiakkaita, jotka ottavat suurimmat lineaarimoottorimme, yhdistävät niitä kuusi ja tuottavat lähes 6000 paunaa voimaa. Voit asettaa useita pakottimia useille raiteille, kiinnittää ne mekaanisesti yhteen ja sitten kommutoida ne kaikki yhdessä, jotta ne toimivat yhtenä moottorina; tai voit laittaa useita pakottimia samalle magneettiradalle ja kiinnittää ne kuormaa pitävään vaunuun ja käsitellä niitä yhtenä moottorina.

Koska elämme todellisessa maailmassa ja kommutoinnin täsmääminen on mahdotonta, tästä lähestymistavasta maksetaan muutaman prosentin tehokkuusrangaistus, mutta se voi silti tuottaa parhaan kokonaisratkaisun tietylle sovellukselle.

Head to Head
Miten lineaarimoottorit pinoutuvat voiman kannalta pyöriviin moottoriin/lineaaritoimilaitteisiin? On olemassa merkittävä voimanvaihto, vertaamme 4 tuumaa leveää, kahdeksannapaista uratonta lineaarimoottoria 4 tuuman leveään ruuvivetoiseen tuotteeseen. Kahdeksannapaisen lineaarimoottorimme huippuvoima on 40 lbs (180 N) ja jatkuva voima 11 lbs (50 N). Tässä samassa profiilissa, jossa on NEMA 23 -servomoottori ja ruuvivetoinen tuotteemme, suurin aksiaalinen kuorma on 200 naulaa, joten jos katsot asiaa noin, katsot periaatteessa 20-kertaista jatkuvan voiman pienenemistä.

Todelliset tulokset vaihtelevat ruuvin nousun, ruuvin halkaisijan, moottorin kelojen ja moottorin suunnittelun mukaan, hän huomaa nopeasti, ja niitä rajoittavat ruuvia tukevat aksiaalilaakerit. Yrityksen 13 tuuman leveä rautasydäminen lineaarimoottori voi tuottaa 1600 paunaa aksiaalihuippuvoiman verrattuna esimerkiksi 6 tuuman leveän ruuvikäyttöisen tuotteen tarjoamaan 440 paunaan, mutta tilan luovutus on huomattava.

Poliittista iskulausetta mukaillen, se on sovellus, tyhmä. Jos voimatiheys on ensisijainen huolenaihe, toimilaite on luultavasti paras valinta. Jos sovellus vaatii reagointikykyä, esimerkiksi erittäin tarkassa ja kiihtyvässä sovelluksessa, kuten LCD-tarkastuksessa, jalanjäljen vaihtaminen voiman kanssa on kannattavaa, jotta tarvittava suorituskyky saadaan.

Puhtaan pitäminen
Likaantuminen on suuri ongelma liikkeenhallinnassa valmistusympäristöissä, eivätkä lineaarimoottorit ole poikkeus. Yksi suuri ongelma standardin lineaarimoottorin suunnittelussa on altistuminen kontaminaatiolle, kuten kiinteille hiukkasille tai kosteudelle. Tämä pätee "tasopohjaisiin" malleihin ja vähemmän ongelmaan [U-kanavan] malleissa.

On erittäin vaikeaa sulkea liuos kokonaan. Et halua olla kosteassa ympäristössä. Jos aiot laittaa lineaarimoottorin vesisuihkuleikkaussovellukseen, sinun on asetettava siihen ylipaine ja varmistettava, että se on hyvin suojattu, koska lineaarimoottorin elektroniikka on paikallaan toiminnassa.

U-kanavamallien tapauksessa U:n kääntäminen voi minimoida hiukkasten pääsyn kanavaan, mutta se aiheuttaa lämmönhallintaongelmia, jotka voivat vaarantaa suorituskykyä, koska magneettikiskon massaa siirretään voiman massan siirtämiseen. . Jälleen, se on kompromissi, ja jälleen kerran, sovellus ohjaa käyttöä.

Lineaarimoottoriin ei voi vaikuttaa vain ympäristö – lineaarimoottori voi aiheuttaa ongelmia ympäristön kanssa. Toisin kuin pyörivät mallit, lineaaristen yksiköiden suuret magneetit voivat aiheuttaa tuhoa magneettisesti herkissä ympäristöissä, esimerkiksi magneettiresonanssikuvauslaitteissa. Se voi jopa olla ongelma proosallisemmassa sovelluksessa, kuten metallin leikkauksessa. Saat nämä voimakkaat magneetit, jotka yrittävät vetää jokaisen näistä metallisiruista magneettiradalle, joten lineaarimoottorit eivät toimi hyvin tällaisissa sovelluksissa ilman asianmukaista suojausta.

Tietoja näistä sovelluksista…
Joten missä on sovelluskohde lineaarimoottoreille? Metrologia, aluksi sellaisilla aloilla kuin puolijohteiden, LED- ja LCD-valmistus. Myös isojen kylttien digitaalinen painatus on kasvava markkina, kuten myös biolääketieteellinen ala ja jopa pienten osien valmistus, asiakkaamme järjestävät lineaarimoottoripareja portaalikokoonpanoissa kokoonpanotehtäviä varten. Haluat saada mahdollisimman paljon tuotteen läpimenoa, joten näiden moottoreiden suuri kiihtyvyys ja nopeus on eduksi. Yksi asia, jota olemme tehneet viime aikoina, on polttokennojen valmistus; stensiilileikkaus on toinen.