שלבי מנוע לינאריים שלמים - כולל צלחת בסיס, מנוע לינארי, מדריכים לינאריים, מקודד ובקרות.

מנועי סרוו לינאריים ישירים חלו עלייה מדידה באימוץ במהלך השנים האחרונות, בין היתר בזכות דרישות משתמשי הקצה לתפוקה גבוהה יותר ולדיוק טוב יותר. ולמרות שמנועים לינאריים מוכרים לרוב ביכולתם לספק שילוב של מהירויות גבוהות, משיכות ארוכות ודיוק מיקום מצוין שאינו אפשרי עם מנגנוני כונן אחרים, הם יכולים גם להשיג תנועה איטית, חלקה ומדויקת במיוחד. למעשה, טכנולוגיה מוטורית לינארית מספקת מגוון כה רחב של יכולות - כוח דחף, מהירות, תאוצה, דיוק מיקום וניתנות לחזרה - שיש מעט יישומים שעבורם מנועים ליניאריים אינם פיתרון מתאים.

וריאציות מוטוריות לינאריות כוללות מנועי סרוו לינאריים, מנועי צעד ליניאריים, מנועי אינדוקציה לינאריים ומנועים ליניאריים של צינור הדחף. כאשר מנוע סרוו לינארי הוא האפשרות הטובה ביותר ליישום, הנה שלושה דברים שיש לקחת בחשבון במהלך הבחירה הראשונית במנוע.

השיקול "העיקרי": ליבת ברזל או ללא ברזל?
מנועי סרוו של כונן ישיר לינארי מגיעים בשני סוגים עיקריים, ליבת ברזל או ללא ברזל, המתייחסים לשאלה אם הפיתולים בחלק הראשוני (אנלוגי לסטטור במנוע סיבוב) מורכבים בערימת למינציה ברזל או באפוקסי. ההחלטה אם היישום דורש ליבת ברזל או מנוע ליניארי ללא ברזל הוא בדרך כלל השלב הראשון בעיצוב ובבחירה.

מנועי ליניארי ליבה ברזל מתאימים ביותר ליישומים הדורשים כוחות דחף גבוהים במיוחד. הסיבה לכך היא שהמינציה של החלק הראשוני מכילה שיניים (בליטות) הממקדות את השטף האלקטרומגנטי לכיוון המגנטים של החלק המשני (אנלוגי לרוטור במנוע סיבוב). משיכה מגנטית זו בין הברזל בחלק הראשוני למגנטים הקבועים בחלק המשני מאפשרת למנוע לספק כוחות גבוהים.

בדרך כלל מנועים לינאריים ללא ברזל בעלי יכולות כוח דחף נמוכות יותר, ולכן הם אינם מתאימים לדרישות הדחף הגבוהות במיוחד שנמצאות ביישומים כמו לחיצה, עיבוד או דפוס. אבל הם מצטיינים בהרכבה ותחבורה במהירות גבוהה.

החיסרון של עיצוב ליבת הברזל הוא Cogging, המשפיל את החלקות של התנועה. שיניים מתרחשות מכיוון שהעיצוב המחורר של החלק הראשוני גורם לו למצב "מועדף" כשהוא נוסע לאורך המגנטים של החלק המשני. כדי להתגבר על נטייתו של הראשי להתאים עם המגנטים של המשני, על המנוע לייצר כוח רב יותר, מה שגורם לקרקע מהירות - המכונה Cogging. וריאציה זו של הכוח והמהירות אדווה משפילה את החלקות של התנועה, שיכולה להוות סוגיה משמעותית ביישומים שבהם איכות התנועה במהלך הנסיעה (לא רק דיוק מיקום סופי) חשובה.

ישנן שיטות רבות בהן משתמשים היצרנים כדי להפחית את הכלי. גישה נפוצה אחת היא להסיט את מיקום המגנטים (או השיניים), ליצור מעברים חלקים יותר כאשר השיניים העיקריות נוסעות על פני המגנטים המשניים. ניתן להשיג אפקט דומה על ידי שינוי צורת המגנטים לאוקטגון מוארך.

שיטה נוספת להפחתת ריכוז מכונה פיתול שברירי. בעיצוב זה, הראשוני מכיל יותר שיני למינציה מאשר ישנם מגנטים משניים, וערימת למינציה היא בעלת צורה מיוחדת. יחד, שני השינויים הללו פועלים לביטול כוחות שיניים. וכמובן, תוכנה תמיד מציעה פיתרון. אלגוריתמים נגד כלי שיניים מאפשרים לכונני סרוו ובקרים להתאים את הזרם המסופק לראשון כך שממוזערות וריאציות בכוח ומהירות.

מנועים לינאריים חסרי ברזל אינם חווים ריכוז, מכיוון שהסלילים העיקריים שלהם מכוסים באפוקסי, במקום להיות מפוצצים סביב למינציה פלדה. ומנועי סרוו ליניאריים ללא ברזל הם בעלי מסה נמוכה יותר (אפוקסי קליל יותר, גם אם פחות נוקשה, מפלדה), ומאפשר להם להשיג כמה מערכי ההאצה, האטה והמהירות המקסימליים הגבוהים ביותר שנמצאים במערכות אלקטרומכניות. זמני התיישבות הם בדרך כלל טובים יותר (נמוכים יותר) עבור מנועים חסרי ברזל מאשר גם לגרסאות ליבת הברזל. היעדר הפלדה בכיוון העיקרי, והיעדר נלווה של ריבוי או מהירות, פירושו גם מנועים לינאריים חסרי ברזל יכולים לספק תנועה איטית ויציבה מאוד, בדרך כלל עם פחות מ- 0.01 אחוז וריאציה מהירות.

איזו רמת אינטגרציה?
כמו מנועי סיבוב, מנועי סרוו ליניאריים הם רק רכיב אחד במערכת תנועה. מערכת מנוע לינארית מלאה מחייבת גם מיסבים לתמיכה ולהנחות את העומס, ניהול הכבלים, המשוב (בדרך כלל מקודד לינארי) וכונן סרוו ובקר. יצרני ציוד מקורי מנוסים מאוד ובוני מכונות, או אלה שיש להם דרישות עיצוב או ביצועים ייחודיים מאוד, יכולים לבנות מערכת שלמה עם יכולות פנימיות ורכיבים מחוץ למדף של יצרנים שונים.

תכנון מערכות מנוע לינאריות הוא ככל הנראה פשוט יותר מתכנון מערכות המבוססות על חגורות, מתלה ופינונים או ברגים. ישנם פחות רכיבים ופחות שלבי הרכבה עתירת עבודה (אין יישור תומכי בורג הכדור או מתיחה של חגורות). ומנועים לינאריים אינם מגע, כך שמעצבים לא צריכים לדאוג לקבל הוראות לשימון, התאמות או תחזוקה אחרת של יחידת הכונן. אבל עבור אותם יצרני ציוד מקורי ובוני מכונות המחפשים פיתרון סוהר, ישנן אפשרויות שלמות למפעילים מונעים מוטוריים לינאריים מלאים, שלבי דיוק גבוהים ואפילו מערכות קרטזיות ועמדיות.

האם הסביבה מתאימה למנוע ליניארי?
מנועים לינאריים הם לרוב הפיתרון המועדף בסביבות קשות, כמו חדרי נקייה וסביבות ואקום, מכיוון שיש להם פחות חלקים נעים וניתן להתאים אותם כמעט לכל סוג של מדריך ליניארי או ניהול כבל היישום. ובמקרים קיצוניים, המשני (מסלול מגנט) יכול לשמש כחלק הנע, כאשר החלק העיקרי (פיתולים, כולל כבלים וניהול כבלים) נותר נייח.

אבל אם הסביבה תורכב משבבי מתכת, אבק מתכתי או חלקיקי מתכת, מנוע סרוו ליניארי עשוי להיות לא האפשרות הטובה ביותר. זה נכון במיוחד למנועים ליניאריים ליבת הברזל מכיוון שהעיצוב שלהם פתוח מטבעו, ומשאיר את מסלול המגנט חשוף לזיהום. התכנון הסגור למחצה של מנועים לינאריים ללא ברזל מספק הגנה טובה יותר, אך יש להקפיד על כך שהחריץ בחלק המשני אינו נחשף ישירות למקורות זיהום. ישנן אפשרויות עיצוב לסגירה הן ליבת הברזל והן מנועים לינאריים ללא ברזל, אך אלה יכולים להפחית את יכולתו של המנוע להתפוגג חום, ועלולים לסחור בבעיה אחת עבור אחרת.