מנועים לינאריים הגדירו מחדש את מה שאפשרי בבקרת תנועה עם ביצועים מהירים, מדויקים ואמינים יותר בהשוואה למפעילים ליניאריים מסורתיים, המונעים על ידי מנוע סיבובי. התכונה הייחודית של מנוע ליניארי היא שהעומס מועבר ללא רכיבי העברת כוח מכניים. במקום זאת, הכוח הליניארי שנוצר על ידי השדה המגנטי של סליל המנוע מחובר ישירות לעומס. זה מבטל התקנים מכניים הממירים תנועה סיבובית ללינארית, ובכך משפרים את חיי המערכת, הדיוק, המהירות והביצועים הכוללים.

ככל שהביקוש גדל לפרודוקטיביות מוגברת, איכות מוצר גבוהה יותר, זמן פיתוח מהיר ועלויות הנדסיות נמוכות יותר, אימוץ טכנולוגיית המנוע ליניארי הולך ופופולרי על ידי מינוף עיצובי מנועים לינאריים מודולריים. הם נמצאים במטרולוגיה, מערכות חיתוך מדויקות, ציוד לייצור מוליכים למחצה ואלקטרוניקה, טיפול בפרוסות, ליתוגרפיה, מערכות בדיקת ראייה, ציוד והתקנים רפואיים, מערכות בדיקה, תעופה וחלל והגנה, אוטומציה של פס ייצור, יישומי הדפסה ואריזה ויישומים רבים אחרים הדורשים תפוקה גבוהה ותנועה ליניארית ברמת דיוק גבוהה.

הרכיבים של תכנון מנוע ליניארי צריכים לעבור עיבוד והרכבה עם דיוק גבוה ותהליכים שניתנים לחזרה. יישור נכון של חלקים אלו הוא קריטי ודורש פירוט עיצובי משמעותי ומיומנות הרכבה.

כיום, הדור החדש של מנועים ליניאריים מודולריים שינה את המשחק. מנועים לינאריים מודולריים סוהר-key יכולים להיות מוברגים בקלות על מערכת והם מוכנים לפעול באופן מיידי, מה שמפחית משמעותית את זמן ההנדסה. מהנדסים יכולים כעת למנף את היתרונות העוצמתיים של טכנולוגיית מנוע ליניארי מודולרי לתוך תכנוני המכונות שלהם תוך ימים בלבד, בניגוד לחודשים או אפילו שנים.

תשעה מרכיבים עיקריים כוללים מערכות מוטוריות ליניאריות:

1. צלחת בסיס
2. סליל מנוע
3. מסלול מגנטי קבוע (בדרך כלל מגנטים ניאודימיום)
4. כרכרה המחברת את סליל המנוע לעומס
5. מסילות נושאות ליניאריות שהכרכרה מונחית עליהן ומתחברות לבסיס
6. מקודד ליניארי למשוב מיקום
7. עצירות קצה
8. מסלול כבלים
9. מפוח אופציונלי להגנה על מסלול המגנט, המקודד והמסילות הלינאריות מפני זיהום סביבתי.

לולאת שליטה

הרכיבים של תכנון מנוע ליניארי צריכים לעבור עיבוד והרכבה עם דיוק גבוה ותהליכים שניתנים לחזרה. יישור נכון של חלקים אלו הוא קריטי ודורש פירוט עיצובי משמעותי ומיומנות הרכבה. לדוגמה, המסלול המגנטי וסליל המנוע הנע חייבים להיות שטוחים, מקבילים ומורכבים עם מרווח אוויר מסוים ביניהם. הסליל הנע נוסע על כרכרה המחוברת למסילות נושאות קוויות מקבילות מעל המסילה המגנטית. מקודד המיקום עם קנה מידה ליניארי וראש קריאה הוא עוד חלק קריטי במנוע ליניארי הדורש הליכי יישור נכונים ועיצוב הרכבה חזק שיעמוד בתאוצות של עד 5 Gs. עם מנועים לינאריים מודולריים, הפרטים האלה כבר מטופלים והונדסו מראש מהקופסה.

מערכות מנוע ליניאריות מודולריות כמו זו המוצגת משמשות כאשר יש צורך בתנועה ליניארית מדויקת, במהירות גבוהה וניתנת לחזרה. המערכת מהווה אלטרנטיבה למפעילי בורג כדור, רצועה ומפעלי מתלים.

בקרי תנועה מתוחכמים וכונני סרוו משמשים לשליטה בתנועת המנוע הליניארי. למנועים ליניאריים יש יתרון מובהק לגבי קשיחות ותגובת תדר. בטווחי תדרים מסוימים, הם מפגינים קשיחות העולה על ברגים כדוריים מסורתיים בפקטור מדהים של 10 או יותר. עם תכונה זו, מנועים לינאריים יכולים להתמודד עם רוחבי פס גבוהים של מיקום גבוה ומהירות לולאה בדיוק מרשים, אפילו עם הפרעות חיצוניות. שלא כמו ברגים כדוריים, שלעתים קרובות נתקלים בתדרי תהודה בין 10 ל-100 הרץ, מנועים לינאריים פועלים בתדרים גבוהים יותר, וממקמים את התהודה שלהם הרבה מעבר לרוחב הפס של לולאת המיקום.

עם זאת, יש פשרה הקשורה להסרה של תיבת הילוכים מכנית. רכיבים מכניים, כגון ברגים כדוריים, עוזרים להפחית הפרעות מכוחות המכונה, תדרי תהודה טבעית או רעידות צירים צולבות. חיסולם מותיר מנועים ליניאריים חשופים ישירות לשיבושים כאלה. כתוצאה מכך, הפיצוי על ההפרעות הללו הופך לאחריות של בקר התנועה ואלקטרוניקת הכונן, שחייבים להתמודד איתם חזיתית - הפועלת ישירות על ציר הסרוו. שם נכנסים לתמונה אלגוריתמי התנועה המתוחכמים של היום בלולאה סגורה כדי לבטל תהודות ולספק בקרת לולאת מיקום יוצאת דופן.

בתחום של מפעילים ליניאריים, מנועים ליניאריים מספקים יכולת טכנית יוצאת דופן. היכולת של המנועים להפגין קשיחות מעולה ולפעול בתדרים גבוהים יותר מבדילה אותם מהחלופות המסורתיות. על ידי התנגדות לתדרי תהודה ושמירה על דיוק גבוה גם בנוכחות שיבושים חיצוניים, מנועים ליניאריים מציעים פתרון משכנע.

עם זאת, היעדר הילוכים מכאניים מחייב אסטרטגיות פיצוי חזקות כדי לנטרל הפרעות, להבטיח את המשך הביצועים והאמינות של המערכת. תדרי דגימת בקר תנועה עבור לולאות מהירות ומיקום מתחילים בדרך כלל ב-5 קילו-הרץ. לציר מנוע ליניארי יכול להיות רוחב פס של לולאת מיקום פי חמישה עד עשרה מזה של ציר מנועי סיבובי קונבנציונלי, שבו תדרים של 1 או 2 קילו-הרץ מקובלים. חלק מבקרי התנועה הנוכחיים יכולים לדגום קצבי דגימה של 20 קילו-הרץ ומעלה, מה שמאפשר בקרת משוב מהירה במיוחד ובקרת נתיב מדויקת במיוחד.

מכיוון שרוב היצרנים של מנועים ליניאריים מודולריים הם גם מומחי בקרת תנועה וסרוו, אתגרים רבים של לולאת בקרה וחששות של תהודה מכנית נבחנו היטב, ופתרונות וכלים מסופקים כדי לצמצם אתגרים אלה.

יישום מנוע לינארי

צברתי ניסיון רב ערך בשימוש במנועים לינאריים לפני שנים, עם צוות מהנדסים שפתח בפרויקט מהפכני: יצירת מכונת חיתוך הלייזר הראשונה בעולם המבוססת על מנועים לינאריים. שימוש במנועים לינאריים היה ההתאמה המושלמת לשבש את התעשייה, שכן טכנולוגיות מפעילים ליניאריים מסורתיים המונעים על ידי מנועי סרוו סיבוביים לא יכלו לספק את היכולות בעלות הביצועים הגבוהים שניתן להשיג עם מנועים ליניאריים.

יישום הטכנולוגיה לא היה משימה קלה. כאשר התעמקנו בפרויקט, הבנו שהאפליקציה שלנו דורשת מפרטי ביצועי מנוע ליניאריים שאינם זמינים מסחרית. לא נרתע, החלטנו לתכנן מנועים ליניאריים במיוחד עבור היישום שלנו.

התמודדנו עם אתגרים רבים, מכיוון שהיינו צריכים להזיז מערכת גב של 1,000 ק"ג בקצב מהיר של 2.5 מ' לשנייה עם תאוצה של 1.5 G, כלומר היינו צריכים לתכנן מנוע ליניארי שיכול לייצר כוחות קיצוניים. הצוות שלנו התמיד, השקיע אינספור שעות במחקר ופיתוח עד שלבסוף המצאנו מנוע ליניארי שיוכל לענות על הדרישות של מכונת חיתוך הלייזר שלנו. זה היה רגע גאה כשסוף סוף ראינו את המנועים הליניאריים שלנו בפעולה 14 חודשים לאחר מכן, מניעים את מערכת הגג במהירות, בקלות ובדיוק מדהימים. הביצועים שהושגו היו חסרי תקדים. זה מדהים לשקול כמה מהר יותר ניתן היה להשלים את קונספט המכונה שלנו אילו מנועים לינאריים מודולריים סוהר היו זמינים אז.

טכנולוגיית המנוע ליניארי התפתחה מאוד מאז שיצאנו למסע עיצוב מנוע ליניארי בשנות ה-90. עם הצגת עיצובים מודולריים חדשים, הפוטנציאל לחדשנות ולהתקדמות בתכנון תנועה ובמנועים ליניאריים גדול מאי פעם. מנועים ליניאריים מודולריים מגדירים מחדש את מה שאפשרי, עם יכולות בקרת תנועה מהירות, מדויקות ואמינות יותר שניתן לפרוס במהירות כדי להועיל למגוון רחב של יישומים בתעשיות רבות.