שלבי מנוע ליניאריים מלאים - כולל לוחית בסיס, מנוע ליניארי, מדריכים ליניאריים, מקודד ובקרה.

מנועי סרוו ליניאריים עם הנעה ישירה ראו עלייה מדידה באימוץ במהלך השנים האחרונות, בין היתר הודות לדרישות של משתמשי הקצה לתפוקה גבוהה יותר ודיוק טוב יותר. ולמרות שמנועים ליניאריים מזוהים לרוב בזכות יכולתם לספק שילוב של מהירויות גבוהות, מהלומות ארוכות ודיוק מיקום מצוין שאינו אפשרי עם מנגנוני הנעה אחרים, הם יכולים גם להשיג תנועה איטית, חלקה ומדויקת במיוחד. למעשה, טכנולוגיית המנוע ליניארי מספקת מגוון רחב כל כך של יכולות - כוח דחף, מהירות, תאוצה, דיוק מיקום וחזרה - עד שיש מעט יישומים שמנועים ליניאריים אינם פתרון מתאים עבורם.

וריאציות מנועים ליניאריות כוללות מנועי סרוו ליניאריים, מנועי צעד ליניאריים, מנועי אינדוקציה ליניאריים ומנועים ליניאריים של צינור דחף. כאשר מנוע סרוו ליניארי הוא האפשרות הטובה ביותר עבור יישום, הנה שלושה דברים שיש לקחת בחשבון במהלך בחירת המנוע הראשונית.

השיקול ה"ראשוני": ליבת ברזל או ללא ברזל?
מנועי סרוו הנעה ישירה ליניארית מגיעים בשני סוגים עיקריים, ליבת ברזל או ללא ברזל, המתייחסים לשאלה האם הפיתולים בחלק הראשוני (אנלוגי לסטטור במנוע סיבובי) מותקנות בערימת למינציה של ברזל או באפוקסי. ההחלטה אם היישום דורש ליבת ברזל או מנוע ליניארי נטול ברזל היא בדרך כלל השלב הראשון בתכנון ובבחירה.

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

למנועים ליניאריים חסרי ברזל יש בדרך כלל יכולות כוח דחף נמוכות יותר, כך שהם אינם מתאימים לדרישות הדחף הגבוהות ביותר שנמצאות ביישומים כמו לחיצה, עיבוד שבבי או דפוס. אבל הם מצטיינים בהרכבה והובלה במהירות גבוהה.

החיסרון של עיצוב ליבת הברזל הוא גלגלי שיניים, אשר פוגעים בחלקות התנועה. תנועת גלגלים מתרחשת מכיוון שהעיצוב המחורץ של החלק הראשי גורם לו לקבל מיקומים "מועדפים" כאשר הוא נע לאורך המגנטים של החלק המשני. כדי להתגבר על הנטייה של הראשוני ליישר קו עם המגנטים של המשני, המנוע צריך לייצר יותר כוח, מה שגורם לאדוות מהירות - המכונה גלגל שיניים. וריאציה זו של אדוות כוח ומהירות פוגעת בחלקות התנועה, מה שיכול להיות בעיה משמעותית ביישומים שבהם איכות התנועה במהלך הנסיעה (לא רק דיוק המיקום הסופי) חשובה.

ישנן שיטות רבות בהן משתמשים היצרנים להפחתת גלגלי השיניים. גישה נפוצה אחת היא להטות את מיקום המגנטים (או השיניים), יצירת מעברים חלקים יותר כאשר השיניים הראשוניות נעות על פני המגנטים המשניים. ניתן להשיג אפקט דומה על ידי שינוי צורת המגנטים לתומן מוארך.

שיטה נוספת להפחתת גלגלי השיניים מכונה סלילה חלקית. בעיצוב זה, הראשוני מכיל יותר שיני למינציה מאשר יש מגנטים במשני, ולערימת הלמינציה יש צורה מיוחדת. יחד, שני השינויים הללו פועלים לביטול כוחות הגזירה. וכמובן, תוכנה תמיד מציעה פתרון. אלגוריתמים נגד גלגלי שיניים מאפשרים לכונני סרוו ולבקרים להתאים את הזרם המסופק לראשי, כך ששינויים בכוח ובמהירות ממוזערים.

מנועים ליניאריים נטולי ברזל אינם חווים גלגלי שיניים, מכיוון שהסלילים העיקריים שלהם מכוסים באפוקסי, במקום להיות מלופפים סביב למינציה של פלדה. ולמנועי סרוו ליניאריים ללא ברזל יש מסה נמוכה יותר (אפוקסי קל יותר, אם כי פחות נוקשה, מפלדה), מה שמאפשר להם להשיג כמה מערכי התאוצה, האטה ומהירות מקסימלית הגבוהים ביותר שנמצאים במערכות אלקטרו-מכאניות. זמני ההתמקמות בדרך כלל טובים יותר (נמוכים יותר) עבור מנועים ללא ברזל מאשר עבור גרסאות ליבת ברזל גם כן. היעדר פלדה בראשי, והעדר הנלווה של גלגל שיניים או אדוות מהירות, פירושו גם שמנועים לינאריים ללא ברזל יכולים לספק תנועה איטית מאוד ויציבה, בדרך כלל עם שינוי מהירות של פחות מ-0.01 אחוז.

באיזו רמת אינטגרציה?
כמו מנועים סיבוביים, מנועי סרוו ליניאריים הם רק מרכיב אחד במערכת תנועה. מערכת מנוע ליניארי שלמה דורשת גם מיסבים כדי לתמוך ולהנחות את העומס, ניהול כבלים, משוב (בדרך כלל מקודד ליניארי), והנעת סרוו ובקר. יצרני OEM ובוני מכונות בעלי ניסיון רב, או כאלה שיש להם דרישות עיצוב או ביצועים ייחודיות מאוד, יכולים לבנות מערכת שלמה עם יכולות פנימיות ורכיבי מדף מיצרנים שונים.

תכנון מערכת מנוע ליניארי הוא ללא ספק פשוט יותר מתכנון מערכות המבוססות על חגורות, מתלים או ברגים. יש פחות רכיבים ופחות שלבי הרכבה עתירי עבודה (ללא יישור של תומכי בורג כדורי או מתיחת חגורות). ומנועים ליניאריים הם ללא מגע, כך שהמעצבים לא צריכים לדאוג לגבי ביצוע הוראות לשימון, התאמות או תחזוקה אחרת של יחידת ההנעה. אבל עבור אותם יצרני OEM ובוני מכונות שמחפשים פתרון סוהר, יש אינספור אפשרויות עבור מפעילים מונעים ליניאריים שלמים, שלבים בעלי דיוק גבוה, ואפילו מערכות קרטזיות ומערכות גב.

האם הסביבה מתאימה למנוע לינארי?
מנועים לינאריים הם לעתים קרובות הפתרון המועדף בסביבות קשות, כגון חדרים נקיים וסביבות ואקום, מכיוון שיש להם פחות חלקים נעים וניתן לשייך אותם כמעט לכל סוג של מוביל ליניארי או ניהול כבלים כדי לעמוד בדרישות ייצור החלקיקים, יציאת הגזים והטמפרטורה של האפליקציה. ובמקרים קיצוניים, המשני (מסילת מגנט) יכול לשמש כחלק נע, כאשר החלק הראשוני (פיתולים, כולל כבלים וניהול כבלים) נשאר נייח.

אבל אם הסביבה תהיה מורכבת משבבי מתכת, אבק מתכתי או חלקיקי מתכת, ייתכן שמנוע סרוו ליניארי לא יהיה האפשרות הטובה ביותר. זה נכון במיוחד עבור מנועים לינארים בליבת ברזל מכיוון שהעיצוב שלהם פתוח מטבעו, ומשאיר את מסלול המגנט חשוף לזיהום. העיצוב הסגור למחצה של מנועים לינאריים ללא ברזל מספק הגנה טובה יותר, אך יש להקפיד על כך שהחריץ בחלק המשני אינו חשוף ישירות למקורות זיהום. קיימות אפשרויות עיצוב לסגירת מנועים ליניאריים ללא ברזל ולינאריים ללא ברזל, אך אלו יכולות להפחית את יכולתו של המנוע לפזר חום, ועלול להחליף בעיה אחת באחרת.