מנועים לינאריים הולכים ומתרבים. הם נותנים למכונות את הדיוק הגבוה ביותר ואת הביצועים הדינמיים.

מנועים ליניאריים מהירים ומדויקים מאוד למיקום, אך מסוגלים גם לבצע מהירות איטית וקבועה עבור ראשי מכונות ומגלשות, כמו גם מערכות טיפול בכלים וחלקים. מגוון יישומים - ניתוחי לייזר, בדיקת ראייה וטיפול בבקבוקים ומטען - משתמשים במנועים לינאריים מכיוון שהם אמינים במיוחד, דורשים תחזוקה מועטה ומשפרים את מחזורי הייצור.

מהירות וכוח גבוהים יותר

מנועים ליניאריים מחוברים ישירות לעומס שלהם, מה שמבטל שורה של רכיבי צימוד - צימודים מכניים, גלגלות, חגורות תזמון, ברגים כדוריים, כונני שרשרת ומדלים, אם להזכיר כמה. זה בתורו מפחית עלויות ואפילו תגובה נגדית. מנועים לינאריים מאפשרים גם תנועה עקבית, מיקום מדויק למאות מיליוני מחזורים ומהירויות גבוהות יותר.

המהירויות האופייניות הניתנות להשגה עם מנועים לינאריים משתנות: מכונות איסוף והנחות (שמבצעות הרבה מהלכים קצרים) ושימוש בציוד בדיקהצעדים ליניארייםעם מהירויות עד 60 אינץ'/שנייה; יישומי גזירה מעופפת ומכונות איסוף ומקום שעושות שימוש במהלכים ארוכים יותרללא מברשת ללא שינייםמנועים לינאריים למהירויות של עד 200 אינץ'/שנייה; רכבות הרים, משגרי רכב ומובילי אנשים משתמשים בלינאריתאינדוקציה ACמנועים כדי להגיע למהירויות של 2,000 אינץ'/שנייה.

גורם נוסף שקובע איזו טכנולוגיית מנוע ליניארי היא הטובה ביותר: כוח הנדרש להזזת עומס היישום. העומס או המסה יחד עם פרופיל התאוצה של היישום קובעים בסופו של דבר את הכוח הזה.

כל אפליקציה מציגה אתגרים שונים; עם זאת, באופן כללי, מערכות העברת חלקים משתמשות במדרגות ליניאריות עם כוחות עד 220 N או 50 פאונד; מוליכים למחצה, חיתוך לייזר, חיתוך בסילון מים ורובוטיקה משתמשים במנועים ללא מברשות ללא גלגל שיניים עד 2,500 N; מערכות מסועים משתמשות במנועי אינדוקציה AC ליניאריים עד 2,200 N; וקו העברה וכלי מכונות משתמשים במנועים ללא מברשות בליבת ברזל עד 14,000 N. זכור שכל יישום שונה ומהנדסי יישום של היצרן בדרך כלל מספקים סיוע בשלב מפרט זה.

קיימים גורמים נוספים מלבד מהירות וכוח. לדוגמה, מערכות מסועים משתמשות במנועי אינדוקציה AC ליניאריים בגלל אורך הנסיעה הארוך שלהם, והיתרונות שיש בעלות משני פסיבי ללא מגנטים קבועים. יישומים כמו ניתוח עיניים בלייזר וייצור מוליכים למחצה משתמשים ללא מברשות ללא גלגל שיניים לדיוק וחלקות הנסיעה.

פעולה בסיסית

מנועים ליניאריים פועלים באמצעות אינטראקציה של שני כוחות אלקטרומגנטים - אותה אינטראקציה בסיסית שמייצרת מומנט במנוע סיבובי.

תארו לעצמכם חותכים מנוע סיבובי ואז משטחים אותו: זה נותן מושג גס על הגיאומטריה של מנוע ליניארי. במקום צימוד עומס לציר מסתובב עבור מומנט, עומס מחובר למכונית נעה שטוחה לתנועה וכוח ליניאריים. בקיצור, מומנט הוא ביטוי העבודה שמספק מנוע סיבובי, ואילו כוח הוא ביטוי של עבודה מוטורית ליניארית.

דִיוּק

הבה נבחן תחילה מערכת צעדים סיבובית מסורתית: מחובר לבורג כדורי עם גובה של 5 סיבובים לאינץ', הדיוק הוא בערך 0.004 עד 0.008 אינץ', או 0.1 עד 0.2 מ"מ. מערכת סיבובית המופעלת על ידי מנוע סרוו מדויקת ל-0.001 עד 0.0001 אינץ'.

לעומת זאת, מנוע ליניארי המקושר ישירות לעומס שלו נותן דיוק שנע בין 0.0007 ל-0.000008 אינץ'. שימו לב שצימוד וחזרה של בורג כדורי אינם כלולים באיורים אלה, ואלה פוגעים עוד יותר ברמת הדיוק של מערכות סיבוביות.

הדיוק היחסי משתנה: הצעד הסיבובי האופייני שאנו מפרטים כאן עדיין יכול למקם במדויק בקוטר של שערה אנושית. עם זאת, סרוו משפרים זאת בפקטור של עד פי 80, בעוד שמנוע ליניארי יכול לשפר זאת עוד יותר - עד פי 500 קטן מקוטר שיער האדם.

לפעמים תחזוקה ועלות (לאורך חיי הציוד) הם שיקולים חשובים יותר מאשר דיוק. מנועים לינאריים מצטיינים גם כאן: עלויות התחזוקה יורדות בדרך כלל עם השימוש במנועים ליניאריים, מכיוון שחלקים ללא מגע משפרים את פעולת המכונה ומגדילים את הזמן הממוצע בין תקלות. בנוסף, ההשפעה האפסית של מנועים ליניאריים מבטלת זעזועים, מה שמאריך עוד יותר את חיי המכונה. יתרונות נוספים: ניתן להגדיל את הזמן בין מחזורי תחזוקה, מה שמאפשר זרימה תפעולית רבה יותר. פחות תחזוקה וכוח אדם מעורב משפרים את השורה התחתונה - רווח - ומפחיתים את עלות הבעלות לאורך חיי הציוד.

הטבות בהשוואה

יישומים דורשים תנועה ליניארית. אם משתמשים במנוע סיבובי, אז יש צורך במנגנון המרה מכני כדי להמיר את הסיבוב לתנועה ליניארית. כאן, מעצבים בוחרים את מנגנון ההמרה המתאים ביותר לאפליקציה תוך מזעור מגבלות.

• מנוע לינארי לעומת רצועה וגלגלת:כדי להשיג תנועה ליניארית ממנוע סיבובי, גישה נפוצה היא להשתמש בחגורה וגלגלת. בדרך כלל, כוח הדחף מוגבל על ידי חוזק מתיחה של החגורה; התחלות ועצירות מהירות עלולות לגרום למתיחה של החגורה ולפיכך לתהודה, וכתוצאה מכך זמן ההתמקמות מוגבר. נפילה מכאנית, נגיעה, ומתיחה של חגורה גם מורידים את יכולת החזרה, הדיוק ותפוקת המכונה. מכיוון שמהירות וחזרה הם שם המשחק בתנועת סרוו, זו לא הבחירה הטובה ביותר. כאשר עיצוב גלגלת רצועה יכול להגיע ל-3 מ' לשנייה, הלינארית יכולה להגיע ל-10 מ' לשנייה. ללא שום תגובה או נפילה, מנועים ליניאריים עם הנעה ישירה מגבירים עוד יותר את החזרה והדיוק.
• מנוע ליניארי לעומת מתלה:מתלה ופינונס מספקים יותר דחף וקשיחות מכנית מאשר עיצובים של חגורה וגלגלת. עם זאת, בלאי דו-כיווני לאורך זמן מוביל לאי דיוקים חוזרים בספק - החסרונות העיקריים של המנגנון הזה. החזרה מונעת משוב המנוע לזהות את מיקום העומס בפועל, מה שמוביל לאי יציבות - וכופה עליות נמוכות יותר וביצועים כלליים איטיים יותר. לעומת זאת, מכונות המופעלות על ידי מנועים לינאריים מהירות יותר וממקמות בצורה מדויקת יותר.
• מנוע לינארי לעומת בורג כדורי:הגישה הנפוצה ביותר להמרת תנועה סיבובית לתנועה ליניארית היא שימוש בעופרת או בורג כדורי. אלה לא יקרים אבל פחות יעילים: ברגים עופרת בדרך כלל 50% או פחות, וברגי כדורים, בערך 90%. חיכוך גבוה מייצר חום, ובלאי לטווח ארוך מפחית את הדיוק. מרחק הנסיעה מוגבל מכנית. בנוסף, ניתן להרחיב מגבלות מהירות ליניאריות רק על ידי הגדלת גובה הצליל, אך הדבר פוגע ברזולוציה המיקוםית; מהירות סיבוב גבוהה מדי יכולה גם לגרום לברגים להצליף, וכתוצאה מכך לרטט. מנועים לינאריים נותנים תנועה ארוכה ובלתי מוגבלת. עם מקודד בעומס, דיוק לטווח ארוך הוא בדרך כלל ±5 מיקרומטר/300 מ"מ.

סוגי מנועים לינאריים בסיסיים

מכיוון שקיימות טכנולוגיות שונות של מנועים סיבוביים, כך גם ישנם מספר סוגי מנועים ליניאריים: צעד, מברשת ואינדוקציה ליניארית AC, בין היתר. שים לב שהטכנולוגיה ליניארית משתמשת בכוננים (מגברים) בתוספת מנחים (בקרי תנועה) והתקני משוב (כגון חיישני הול ומקודדים) הנפוצים בתעשייה.

עיצובים רבים נהנים ממנועים ליניאריים מותאמים אישית, אך עיצובי מלאי מתאימים בדרך כלל.

מנועים ליניאריים ללא מברשות בליבת ברזלמאופיינים בלמינציה של פלדה בכוח הנע לתעל השטף המגנטי. לסוג המנוע הזה יש דירוג כוח גבוה יותר והוא יעיל יותר, אך שוקל פי שלושה עד חמישה ממנועים בגודל דומה ללא גלגל שיניים. הלוח הנייח מורכב ממגנטים קבועים עם קוטביות מתחלפת רב-קוטביים המחוברים על לוחית פלדה מגולגלת קרה של ניקל. עם זאת, שכבות הפלדה על הכוח הנע מגיבות עם המגנטים על הפלטה הנייחת, אשר מפתחים כוח "מושך" ומפגינים כמות קטנה של גלגל שיניים או אדוות כאשר המנוע נע משדה מגנט אחד למשנהו וכתוצאה מכך שינויים במהירות.

מנועים אלה מפתחים כמות גדולה של כוח שיא, בעלי מסה תרמית גדולה יותר וקבוע זמן תרמי ארוך - ולכן מתאימים ליישומי מחזור עבודה בכוח גבוה, לסירוגין, הנעים עומסים כבדים מאוד, כמו בקווי העברה ובמכונות; הם מיועדים לנסיעות בלתי מוגבלות ועשויים לכלול מספר לוחות נעים עם מסלולים חופפים.

מנועים ללא גלגל שיניים ללא מברשותיש מכלול סליל בכוח הנע ללא למינציות פלדה. הסליל מורכב מחוט, אפוקסי ומבנה תמיכה לא מגנטי. יחידה זו קלה בהרבה במשקל. העיצוב הבסיסי מייצר כמות פחותה של כוח, ולכן מגנטים נוספים מוכנסים למסילה הנייחת (מסייע להגברת הכוח) והמסילה בצורת U עם מגנטים בכל צד של U זה. הכוח מוחדר לאמצע ה-U .

מנועים אלה מתאימים ליישומים הדורשים פעולה חלקה ללא גלגל שיניים מגנטי, כגון ציוד סריקה או בדיקה. התאוצות הגבוהות יותר שלהם שימושיות באיסוף ומיקום מוליכים למחצה, מיון שבבים, וניתוק הלחמה ודבק. מנועים אלה מיועדים לנסיעות בלתי מוגבלות.

צעדים ליניארייםהיו זמינים כבר זמן רב; הכוח הנע מורכב מליבות פלדה למינציה המחורצות במדויק עם שיניים, מגנט קבוע יחיד וסלילים המוכנסים לליבה המרובדת. (שים לב ששני סלילים מביאים לסטפר דו-פאזי.) מכלול זה מוקף במארז אלומיניום.

הלוח הנייח מורכב משיניים חרוטות פוטוכימית על מוט פלדה, טחון ומצופה ניקל. זה יכול להיות מוערם מקצה לקצה לאורך בלתי מוגבל. המנוע מגיע עם כוח, מיסבים ולוח. כוח המשיכה מהמגנט משמש כעומס מראש למיסבים; זה גם מאפשר להפעיל את היחידה במצב הפוך עבור מגוון יישומים.

מנועי אינדוקציה ACמורכב מכוח שהוא מכלול סליל המורכב מלמינציות פלדה ופיתולי פאזה. הפיתולים עשויים להיות חד או תלת פאזיים. זה מאפשר שליטה מקוונת ישירה, או שליטה באמצעות מהפך או כונן וקטור. הפלטה הנייחת (המכונה לוחית תגובה) מורכבת בדרך כלל משכבה דקה של אלומיניום או נחושת המחוברת על פלדת גליל קר.

ברגע שסליל הכוח מופעל, הוא יוצר אינטראקציה עם לוח התגובה ונע. מהירויות גבוהות יותר ואורכי נסיעה בלתי מוגבלים הם היתרונות של עיצוב זה; הם משמשים לטיפול בחומרים, הובלות אנשים, מסועים ושערים הזזה.

קונספטים עיצוביים חדשים

חלק משיפורי העיצוב האחרונים יושמו באמצעות הנדסה מחודשת. לדוגמה, כמה מנועי צעד ליניאריים (שנועדו במקור לספק תנועה במישור אחד) מתוכננים כעת מחדש כדי לספק תנועה בשני מישורים - לתנועת XY. כאן, הכוח הנע מורכב משני צעדים ליניאריים המורכבים בצורה אורתוגונלית ב-90° כך שאחד מספק תנועה של ציר X, והשני מספק תנועה של ציר Y. אפשר גם כוחות מרובים עם מסלולים חופפים.

במנועים דו-מישוריים אלה, הפלטפורמה הנייחת (או הפלטה) משתמשת בבנייה מורכבת חדשה עבור חוזק. גם הקשיחות משופרת, כך שהסטייה מופחתת ב-60 עד 80% בהשוואה לדגמי ייצור קודמים. שטוחות הלוח עולה על 14 מיקרון לכל 300 מ"מ לתנועה מדויקת. לבסוף: מכיוון שלפרפרים יש כוח משיכה טבעי, רעיון זה מאפשר להרכיב את הלוח עם הפנים כלפי מעלה או הפוך, ובכך לספק צדדיות וגמישות עבור יישומים.

חידוש הנדסי נוסף - קירור מים - מרחיב את יכולת הכוח של מנועי אינדוקציה AC ליניאריים ב-25%. עם הרחבת יכולת זו, כמו גם היתרון של אורך נסיעה בלתי מוגבל, מנועי אינדוקציה AC מספקים את הביצועים הגבוהים ביותר עבור יישומים רבים: טיולי שעשועים, טיפול במטען והובלת אנשים. המהירות משתנה (מ-6 ל-2,000 אינץ'/שניה) באמצעות כונני מהירות מתכווננים הזמינים כיום בתעשייה.

מנוע נוסף כולל בית גלילי נייח עם חלק נע ליניארי כדי לספק תנועה. החלק הנע עשוי להיות מוט המורכב מפלדה מצופה נחושת, סליל נע או מגנט נע, כמו בוכנה בתוך גליל.

עיצובים אלה מספקים את היתרונות של מנוע ליניארי בתוספת ביצועים דומים למפעיל ליניארי. היישומים כוללים קולונוסקופיות ביו-רפואיות, מצלמות עם מפעילי תריס ארוכים, טלסקופים שדורשים שיכוך רעידות, מנועים למיקוד ליתוגרפיה, גלגלי שיניים למיתוג גנרטורים שזורקים מפסקים כדי להכניס גנרטורים לאינטרנט, וכבישת מזון - כמו בעת הוצאת טורטיות.

חבילות או שלבים של מנוע ליניארי מתאימים למיקום מטענים. אלה מורכבים ממנוע, מקודד משוב, מתגי גבול ומוביל כבל. אפשר לערום שלבים לתנועה מרובה צירים.

יתרון אחד של שלבים ליניאריים הוא הפרופיל התחתון שלהם, המאפשר להם להשתלב בחללים קטנים יותר בהשוואה למנחים רגילים. פחות רכיבים מייצרים אמינות מוגברת. כאן, המנוע מחובר לכוננים רגילים. בפעולת לולאה סגורה, לולאת המיקום נסגרת עם בקר תנועה.

שוב, מלבד מוצרי מלאי, עיצובים מותאמים אישית ומיוחדים יש בשפע. בסופו של דבר, עדיף לבדוק את צרכי הציוד עם מהנדס יישומים כדי לקבוע את המוצר הליניארי האופטימלי המתאים לצרכי היישום.