Lineaarimoottorit voivat saavuttaa suuria kiihtyvyysnopeuksia ja pitkiä kulkupituuksia hyvillä työntövoimilla ja erittäin suurella sijoitustarkkuudella, kun taas muiden käyttömekanismien, kuten hihnat, ruuvit tai hammastanko ja hammaspyörät, on uhrattava vähintään yksi näistä vaatimuksista saavuttaakseen muut. Tästä syystä lineaarimoottorit ovat suositeltu valinta erittäin dynaamisiin sovelluksiin, kuten metrologiaan ja puolijohteiden valmistukseen.

Suorituskykynsä perusteella lineaarimoottorit näyttävät itse asiassa olevan täydellinen ratkaisu vastaamaan kilpaileviin vaatimuksiin, joita usein esiintyy lineaariliikesovelluksissa. Mutta tämä herättää kysymyksen: "Miksi lineaarimoottoreita ei oteta laajemmin käyttöön?"

Ymmärtääksemme, miksi lineaarimoottorien käyttöaste on edelleen jäljessä muista käyttötekniikoista, kuten hihnoista, ruuveista tai hammastankokäytöistä, tarkastellaan joitain lineaarimoottorien etuja ja haittoja.

Lämmön muodostuminen ja haihtumista

Kun moottoria mitoitetaan ja valitaan – joko pyörivää tai lineaarista – yksi tärkeimmistä näkökohdista on lämpö. Itse asiassa vääntömomentti (tai voima) vs. nopeuskäyrät, jotka kuvaavat jatkuvia ja ajoittaisia ​​toiminta-alueita tietylle moottori-käyttöyhdistelmälle, perustuvat moottorin kykyyn haihduttaa lämpöä tietyissä käyttöolosuhteissa.

Lämmöntuotto voi olla jopa ongelmallisempaa lineaarimoottoreille kuin pyöriville moottoreille, koska kuorma kiinnitetään moottorin käämit sisältävään pakottimeen. (Joissakin lineaarimoottorimalleissa kuorma voidaan asentaa magneettiradalle, vaikka tämä saattaa olla mahdollista vain lyhyillä iskuilla.) Ja raudattomissa lineaarimoottoreissa käämit on kapseloitu epoksiin, joka ei johda lämpöä yhtä helposti kuin metallit, kuten rauta tai alumiini.

Tämä tarkoittaa, että lämpö siirtyy helposti kuormaan ja ympäröiviin komponentteihin aiheuttaen lämpölaajenemista, huononemista tai äärimmäisissä tapauksissa vaurioita tai vikoja. Vaikka kuormitus ei vaikutakaan, lämmön muodostuminen voi vähentää moottorin jatkuvaa tehoa. Tämän torjumiseksi jotkin sovellukset vaativat pakotettua ilma- tai nestejäähdytystä, mikä lisää kustannuksia, jalanjälkeä ja monimutkaisuutta.

Suojaus saastumiselta

Avoimen rakenteensa ja paljaiden magneettiensa vuoksi litteät, rautasydämiset lineaarimoottorit ja U-kanavaiset raudattomat mallit voivat olla vaikeasti suojattuja kontaminaatiolta. Vaikka tukevat lineaariohjaimet voidaan suojata erilaisilla hyllystä valmistetuilla tiivisteillä ja kaapimilla, lineaarimoottorin paljaat magneetit voivat vetää puoleensa rautapitoisia hiukkasia koneistustoimenpiteistä tai yksinkertaisesti ilmassa esiintyvästä kontaminaatiosta, jota usein esiintyy valmistus- ja tehdasympäristöissä. Ja nestemäinen kontaminaatio voi vahingoittaa herkkää elektroniikkaa tai häiritä palautejärjestelmiä.

Tietenkin kannet ja ulkoiset rakenteet voidaan suunnitella suojaamaan lialta, mutta ne voivat vaikeuttaa moottorin lämmönpoistoa, mikä pahentaa edellä kuvattuja lämpöongelmia.

Kompensoi tärinää ja värähtelyjä

Yksi lineaarimoottoriratkaisun tärkeimmistä myyntivalteista on, että se eliminoi mekaanisten voimansiirtokomponenttien, kuten ruuvien, hihnan, vaihteiston ja kytkimien, tarpeen moottorin ja kuorman välillä. Tämä tarkoittaa, että lineaarimoottorit eivät kärsi välyksen, purkamisen ja yhteensopivuuden vaikutuksista, mikä on tärkeä tekijä niiden kyvyssä saavuttaa erittäin korkea paikannustarkkuus ja suorittaa erittäin dynaamisia liikkeitä nopeilla kiihdytys- ja hidastussuhteilla.

Mutta mekaaniset voimansiirron komponentit voivat olla hyödyllisiä liikejärjestelmässä tarjoamalla vaimennusmekanismin värähtelyille ja vaimentamalla häiriöitä, kuten koneistusvoimien reaktioita tai kuorman liikkeen aiheuttamia tärinöitä. Ja ilman tätä "sisäänrakennettua" vaimennusvaikutusta värähtelyt ja tärinät voivat estää lineaarimoottoreita saavuttamasta haluttua paikannustarkkuutta tai asettumisaikaa.

Sen varmistamiseksi, että järjestelmä voi reagoida näiden vaimentamattomien värähtelyjen ja värähtelyjen vaikutuksiin ja tehdä niitä koskevia korjauksia, lineaarimoottorijärjestelmät vaativat usein suuremman taajuuden, asennon ja virran (voiman) ohjaussilmukat ja suuremman virtasilmukan kaistanleveyden. Asennon palautejärjestelmässä – tyypillisesti optisessa tai magneettisessa lineaarisessa kooderissa – on myös oltava suurempi resoluutio, jotta ohjain voi seurata tarkemmin moottorin ja kuorman asentoa. Jopa koneen runko tai tukirakenne on tehtävä riittävän jäykäksi (korkealla ominaistaajuudella), jotta se pysyy suhteellisen herkkäna iskuille ja tärinälle ja kestää lineaarimoottorin synnyttämiä voimia.

Toisin sanoen, koska tärinää ja häiriöitä kompensoivia komponentteja on vähemmän, takaisinkytkentä- ja ohjaussilmukoiden on kyettävä kommunikoimaan nopeammin ja tarkemmin, jotta järjestelmä saavuttaa dynaamisen, erittäin tarkan suorituskyvyn.

Ennakkokustannukset suhteessa kokonaiskustannuksiin

Ja lopuksi, yksi tärkeimmistä rajoittavista tekijöistä lineaaristen moottoreiden laajalle leviämiselle ovat edelleen alkukustannukset. Vaikka lukuisia vertailuja, jotka osoittavat lineaarimoottoriratkaisujen alhaisemmat kokonaiskustannukset (TCO) perinteisiin hihna-, ruuvi- tai hammastanko- ja hammaspyöräratkaisuihin verrattuna joissakin sovelluksissa, lineaarimoottorijärjestelmän alkukustannukset ovat edelleen esteenä käyttöönotto insinööreille ja suunnittelijoille, joiden tehtävänä on täyttää suorituskykyvaatimukset rajoitetun budjetin puitteissa. Esimerkki: Sovelluksissa, joissa kulkupituudet ovat erittäin pitkiä – yksi niistä alueista, joilla lineaarimoottoriratkaisut ovat loistavia – magneettien ja korkearesoluutioisten lineaarianturien kustannukset matkavaatimusten täyttämiseksi voivat hinnoitella lineaarimoottoriratkaisun huomiotta.

Epäperinteiset sovellukset lisäävät lineaarimoottorien käyttöönottoa

Huolimatta lämmöntuotannon, kontaminaatiosuojan, suuren kaistanleveyden ohjauksen ja kustannusten aiheuttamista mahdollisista vaikeuksista lineaarimoottorien käyttöönotto on kasvussa. Aiemmin puolijohde-, metrologia- ja raskaan työstön sovelluksissa pidettyjä kapeita ratkaisuja, rautasydämiä, raudattomia ja putkimaisia ​​lineaarimoottoreita käytetään nykyään auto-, elintarvike- ja pakkaus- sekä painosovelluksissa, joissa liikkeet eivät välttämättä ole niin haastavia tai tarkkuusvaatimukset ovat vaativia, mutta joissa komponenttien määrän, lyhyemmän seisokkiajan ja suuremman suorituskyvyn edut oikeuttavat lisäkustannukset ja suunnittelunäkökohdat.