מנועים ליניאריים יכולים להשיג קצבי תאוצה גבוהים ואורכי נסיעה ארוכים עם כוחות דחף טובים ודיוק מיקום גבוה במיוחד, בעוד שמנגנוני הנעה אחרים, כגון חגורות, ברגים או מתלה, חייבים להקריב לפחות אחת מהדרישות הללו כדי להשיג את אחרים. זו הסיבה שמנועים ליניאריים הם הבחירה המועדפת עבור יישומים דינמיים במיוחד כגון מטרולוגיה וייצור מוליכים למחצה.

למעשה, בהתבסס על מפרטי הביצועים שלהם, נראה שמנועים ליניאריים הם הפתרון המושלם לתת מענה לדרישות המתחרות שנמצאות לעתים קרובות ביישומי תנועה ליניארית. אבל זה מעלה את השאלה, "מדוע מנועים ליניאריים אינם מאומצים באופן נרחב יותר?"

כדי להבין מדוע קצב האימוץ של מנועים לינאריים עדיין מפגר מאחורי טכנולוגיות הנעה אחרות - כגון רצועות, ברגים או כונני מתלה - הבה נסתכל על כמה מהיתרונות והחסרונות של עיצובי מנועים ליניאריים.

ייצור ופיזור חום

בעת הגדרת גודל ובחירת מנוע - בין אם סיבובי או ליניארי - אחד השיקולים העיקריים הוא חום. למעשה, עקומות מומנט (או כוח) לעומת מהירות, המתארות טווחי פעולה מתמשכים ולסירוגין עבור שילוב נתון של מנוע-הנעה, מבוססות על יכולתו של המנוע לפזר חום בתנאי פעולה מוגדרים.

יצירת חום עלולה להיות בעייתית אפילו יותר עבור מנועים לינאריים מאשר עבור מנועים סיבוביים, מכיוון שהעומס מותקן על הכוח המכיל את פיתולי המנוע. (בחלק מתכנוני מנועים לינאריים, ניתן להרכיב את העומס על מסלול המגנט, אם כי זה אפשרי רק עבור מהלכים קצרים.) ובמנועים ליניאריים ללא ברזל, הפיתולים עטופים באפוקסי, שאינו מפזר חום בקלות כמו מתכות כגון ברזל או אלומיניום.

משמעות הדבר היא שחום מועבר בקלות לעומס ולרכיבים שמסביב, מה שגורם להתפשטות תרמית, השפלה, או, במקרים קיצוניים, נזק או כשל. גם אם העומס אינו מושפע, הצטברות החום יכולה להפחית את תפוקת הכוח המתמשכת של המנוע. כדי להילחם בזה, יישומים מסוימים דורשים קירור אוויר או נוזל מאולץ, מה שמגדיל את העלות, טביעת הרגל והמורכבות.

הגנה מפני זיהום

בשל העיצוב הפתוח והמגנטים החשופים שלהם, מנועים ליניאריים שטוחים בליבת ברזל ועיצובים ללא ברזל עם ערוץ U יכולים להיות קשים להגנה מפני זיהום. בעוד שהמובילים הליניאריים התומכים יכולים להיות מוגנים באמצעות אטמים ומגרדים שונים מהמדף, המגנטים החשופים של מנוע ליניארי יכולים למשוך חלקיקים ברזליים מפעולות עיבוד שבבי או פשוט מזיהום באוויר שנמצא לעתים קרובות בסביבות ייצור ומפעל. וזיהום נוזלי עלול להזיק לאלקטרוניקה 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.

מפצה על רעידות ותנודות

אחת מנקודות המכירה העיקריות של פתרון מנוע ליניארי היא שהוא מבטל את הצורך ברכיבי העברת כוח מכניים - כגון ברגים, חגורות, תיבות הילוכים וצימודים - בין המנוע לעומס. משמעות הדבר היא שמנועים ליניאריים אינם סובלים מהשפעות של התנגדות, נפילות ועמידה, שהם גורם מרכזי ביכולתם להשיג דיוק מיקום גבוה מאוד ולבצע מהלכים דינמיים במיוחד, עם קצב האצה והאטה מהירים.

אבל רכיבי תמסורת מכניים יכולים להיות מועילים במערכת תנועה על ידי מתן מנגנון שיכוך לתנודות והפרעות החלשות, כגון תגובות מכוחות עיבוד או רעידות הנגרמות על ידי תנועת העומס. וללא אפקט השיכוך ה"מובנה" הזה, תנודות ורעידות יכולים למנוע מנועים ליניאריים להשיג את דיוק המיקום או זמן ההתמקמות הרצויים.

כדי להבטיח שהמערכת תוכל להגיב, ולבצע תיקונים, להשפעות של רעידות ותנודות בלתי-דמויות אלה, מערכות מנוע ליניארי דורשות לעתים קרובות לולאות בקרה של תדר גבוה יותר, מיקום וזרם (כוח), ורוחב פס גבוה יותר של לולאת זרם. מערכת משוב המיקום - בדרך כלל מקודד ליניארי אופטי או מגנטי - צריכה גם היא להיות בעלת רזולוציה גבוהה יותר כדי שהבקר יוכל לעקוב בצורה מדויקת יותר אחר מיקום המנוע והעומס. אפילו מסגרת המכונה או המבנה התומך חייבים להיות קשיחים מספיק (בתדירות טבעית גבוהה) כדי להישאר חסרי רגישות יחסית לזעזועים ורעידות ולעמוד בכוחות הנוצרים על ידי המנוע הליניארי.

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

עלות מקדימה מול עלות בעלות כוללת

ולבסוף, אחד הגורמים המגבילים העיקריים לאימוץ הנרחב של מנועים ליניאריים ממשיך להיות העלות המקדימה. למרות שיש הרבה השוואות המדגימות את העלות הכוללת של בעלות (TCO) הנמוכה יותר של פתרונות מנוע ליניארי על פני פתרונות חגורה, בורג או מתלה מסורתיים ביישומים מסוימים, העלות הקדמית של מערכת מנוע ליניארי היא עדיין מחסום בפני אימוץ למהנדסים ומעצבים המוטלים עליהם לעמוד במפרטי ביצועים במסגרת תקציב מוגבל. מקרה לדוגמא: עבור יישומים עם אורכי נסיעה ארוכים מאוד - אחד התחומים שבהם פתרונות מנוע ליניארי מצטיינים - העלות של מגנטים ומקודדים ליניאריים ברזולוציה גבוהה כדי לעמוד בדרישות הנסיעה יכולה לתמחר פתרון מנוע ליניארי מתוך שיקול דעת.

יישומים לא מסורתיים מניעים צמיחה בשיעורי אימוץ מוטוריים ליניאריים

למרות הקשיים הפוטנציאליים הנובעים מיצירת חום, הגנה מפני זיהום, בקרות ברוחב פס גבוה ועלות, קצב האימוץ של מנועים ליניאריים הולך וגדל. פעם נתפסו כפתרונות נישה ליישומי מוליכים למחצה, מטרולוגיה ויישומי עיבוד כבדים, מנועים ליניאריים בלי ברזל, נטולי ברזל ולינאריים צינוריים משמשים כיום ביישומי רכב, מזון ואריזות ויישומי הדפסה, שבהם המהלכים עשויים להיות לא כל כך מאתגרים. דרישות הדיוק הן תובעניות, אך כאשר היתרונות של פחות רכיבים, פחות זמן השבתה ותפוקה גבוהה יותר מצדיקים את העלות הנוספת ואת שיקולי התכנון.