מנועים לינאריים יכולים להשיג שיעורי תאוצה גבוהים ואורכי נסיעה ארוכים עם כוחות דחף טובים ודיוק מיקום גבוה במיוחד, בעוד שמנגנוני כונן אחרים, כמו חגורות, ברגים, או מתלה ופינונים, חייבים להקריב לפחות אחת מהדרישות הללו על מנת להשיג את אחרים. זו הסיבה שמנועים לינאריים הם הבחירה המועדפת על יישומים דינמיים מאוד כמו מטרולוגיה וייצור מוליכים למחצה.

למעשה, בהתבסס על מפרטי הביצועים שלהם, נראה כי מנועים לינאריים הם הפיתרון המושלם להתייחס לדרישות המתחרות הנמצאות לעתים קרובות ביישומי תנועה לינארית. אבל זה מעלה את השאלה, "מדוע מנועים לינאריים אינם מאומצים יותר באופן נרחב?"

כדי להבין מדוע שיעור האימוץ של מנועים לינאריים עדיין מפגר מאחורי טכנולוגיות כונן אחרות - כמו חגורות, ברגים, או כונני מתלה ופניון - בואו נסתכל על כמה מהיתרונות והחסרונות של עיצובים מוטוריים ליניאריים.

ייצור חום ופיזור

כאשר גודל ובחירת מנוע - בין אם סיבוב או ליניארי - אחד מהשיקולים העיקריים הוא חום. למעשה, מומנט (או כוח) לעומת עקומות מהירות, המתארות טווחי הפעלה רציפים וסירוגין לשילוב נתון של הכונן המנועי, מבוססים על יכולתו של המנוע להפזר חום בתנאי הפעלה מוגדרים.

ייצור חום יכול להיות בעייתי עוד יותר עבור מנועים לינאריים מאשר למנועים סיבוביים, מכיוון שהעומס מותקן למגורים, המכיל את פיתולי המנוע. (בכמה עיצובים מוטוריים ליניאריים, ניתן להרכיב את העומס למסלול המגנט, אם כי הדבר עשוי להיות בר ביצוע רק למשיכות קצרות.) ובמנועים ליניאריים חסרי ברזל, הפיתולים מכוסים באפוקסי, שאינו מתפזר חום בקלות כמו מתכות כמו ברזל או אלומיניום.

משמעות הדבר היא כי חום מועבר בקלות לעומס ולרכיבים הסובבים אותו, וגורם להתרחבות תרמית, השפלה, או, במקרים קיצוניים, נזק או כישלון. גם אם העומס אינו מושפע, הצטברות החום יכולה להפחית את תפוקת הכוח הרציפה של המנוע. כדי להילחם בזה, יישומים מסוימים דורשים קירור אוויר או נוזלים מאולצים, מה שמגדיל את העלות, טביעת הרגל והמורכבות.

הגנה מפני זיהום

בשל העיצוב הפתוח שלהם ומגנטים חשופים, מנועים ליניאריים של ליבת ברזל ועיצובים חסרי ברזל של U-ערוצים יכולים להיות קשה להגנה מפני זיהום. אמנם ניתן להגן על המדריכים הליניאריים התומכים באמצעות כלבי ים ומגרדים שונים מחוץ למדף, אך המגנטים החשופים של מנוע ליניארי יכולים למשוך חלקיקי ברזל מפעולות עיבוד או פשוט מזיהום מוטס הנמצא לעתים קרובות בסביבות ייצור וסביבות מפעל. וזיהום נוזלי יכול לפגוע באלקטרוניקה רגישה או להפריע למערכות משוב.

כמובן שניתן לתכנן כיסויים ומבנים חיצוניים כדי להגן מפני זיהום, אך הם יכולים להקשות על המנוע לפזר חום, ולהחריף את הבעיות הקשורות לחום שתוארו לעיל.

פיצוי על רטט ותנודות

אחת מנקודות המכירה העיקריות של פיתרון מוטורי ליניארי היא שהיא מבטלת את הצורך ברכיבי העברת כוח מכניים - כמו ברגים, חגורות, תיבות הילוכים ומצמדים - בין המנוע לעומס. המשמעות היא שמנועים לינאריים אינם סובלים מההשפעות של התנגשות, רוח ותאימות, המהווה גורם מרכזי ביכולתם להשיג דיוק מיקום גבוה מאוד ולבצע מהלכים דינמיים מאוד, עם שיעורי תאוצה והאטה מהירים.

אולם רכיבי העברה מכניים יכולים להועיל במערכת תנועה על ידי מתן מנגנון דעיכה לתנודות והפרעות הנחתה, כמו תגובות מכוחות עיבוד או תנודות הנגרמות כתוצאה מתנועת העומס. וללא אפקט דעיכה "מובנה" זה, תנודות ותנודות יכולות למנוע מנועים ליניאריים להשיג את דיוק המיקום הרצוי או זמן התיישבות.

כדי להבטיח שהמערכת יכולה להגיב ולבצע תיקונים להשפעות של תנודות ותנודות בלתי -לא -לא -לא -נטולות, מערכות מוטוריות ליניאריות דורשות לרוב לולאות בקרת תדר גבוה יותר, מיקום וזרם (כוח) ורוחב פס לולאה זרם גבוה יותר. מערכת המשוב של המיקום - בדרך כלל מקודד ליניארי אופטי או מגנטי - צריכה להיות ברזולוציה גבוהה יותר כך שהבקר יכול לעקוב בצורה מדויקת יותר אחר מיקום המנוע והעומס. אפילו מסגרת המכונה או המבנה התומך חייבים להיות נוקשים מספיק (עם תדר טבעי גבוה) כדי להישאר יחסית חוזה לזעזועים ותנודות ולעמוד בכוחות שנוצרו על ידי המנוע הליניארי.

במילים אחרות, מכיוון שיש פחות רכיבים שיעזרו לפצות על רטט והפרעות, לולאות המשוב והבקרה חייבות להיות מסוגלות לתקשר מהר יותר ומדויק יותר כדי שהמערכת תשיג ביצועים דינאמיים ודיוק גבוה.

עלות מקדימה לעומת עלות בעלות כוללת

ולבסוף, אחד הגורמים המגבילים העיקריים לאימוץ נרחב של מנועים לינאריים ממשיך להיות העלות המקדימה. למרות שהשוואה שופעת שמדגימה את הבעלות הכוללת של עלות הכוללת (TCO) של פתרונות מוטוריים ליניאריים על פני פתרונות חגורה, בורג או מתלה ופינון מסורתיים ביישומים מסוימים, העלות הקדמית של מערכת מוטורית ליניארית היא עדיין מחסום אימוץ למהנדסים ומעצבים המוטלים עליהם לעמוד במפרטי ביצועים במסגרת תקציב מוגבל. מקרה מעניין: ליישומים עם אורכי נסיעה ארוכים מאוד-אחד האזורים שבהם פתרונות מוטוריים ליניאריים מצטיינים-עלות המגנטים וקודדים לינאריים ברזולוציה גבוהה כדי לעמוד בדרישות הנסיעה יכולות לתמחר פיתרון מוטורי ליניארי מתוך התחשבות.

יישומים לא מסורתיים מניעים צמיחה בשיעורי אימוץ מוטורי ליניארי

למרות הקשיים הפוטנציאליים שמציבים ייצור חום, הגנה מפני זיהום, בקרות רוחב פס גבוה ועלות, שיעור האימוץ של המנועים הליניאריים הולך וגדל. לאחר שנראים כפתרונות נישה ליישומי מוליכים למחצה, מטרולוגיה ויישומי עיבוד כבדים, ליבת ברזל, ללא ברזל ומנועים ליניאריים צינוריים משמשים כיום לרכב, אוכל ואריזה, ויישומי הדפסה, שם יתכן שהמהלכים לא מאתגרים או דרישות דיוק כתובעניות, אך כאשר היתרונות של פחות רכיבים, פחות השבתה ותפוקה גבוהה יותר מצדיקים את שיקולי העלות והעיצוב הנוספים.