Doğrusal motorlar, iyi itme kuvvetleri ve son derece yüksek konumlandırma doğruluklarıyla yüksek ivmelenme oranlarına ve uzun seyahat uzunluklarına ulaşabilirken, kayışlar, vidalar veya kremayer ve pinyonlar gibi diğer tahrik mekanizmaları, diğerlerini elde etmek için bu gerekliliklerden en az birinden fedakarlık etmelidir. Bu nedenle doğrusal motorlar, metroloji ve yarı iletken üretimi gibi oldukça dinamik uygulamalar için tercih edilen seçimdir.

Aslında, performans özelliklerine dayanarak, doğrusal motorlar doğrusal hareket uygulamalarında sıklıkla bulunan rekabet eden gereksinimleri karşılamak için mükemmel bir çözüm gibi görünüyor. Ancak bu, "Doğrusal motorlar neden daha yaygın olarak benimsenmiyor?" sorusunu gündeme getiriyor.

Doğrusal motorların benimsenme oranının kayış, vida veya kremayer ve pinyon tahrik sistemleri gibi diğer tahrik teknolojilerinin neden hala gerisinde kaldığını anlamak için doğrusal motor tasarımlarının bazı avantajlarına ve dezavantajlarına bakalım.

Isı üretimi ve dağılımı

Bir motorun boyutlandırılması ve seçilmesinde — ister döner ister doğrusal olsun — birincil hususlardan biri ısıdır. Aslında, belirli bir motor-sürücü kombinasyonu için sürekli ve aralıklı çalışma aralıklarını gösteren tork (veya kuvvet) ve hız eğrileri, motorun belirtilen çalışma koşulları altında ısıyı dağıtma yeteneğine dayanır.

Isı üretimi, yük motor sargılarını içeren zorlayıcıya monte edildiğinden, döner motorlara göre doğrusal motorlar için daha da sorunlu olabilir. (Bazı doğrusal motor tasarımlarında, yük mıknatıs rayına monte edilebilir, ancak bu yalnızca kısa stroklar için mümkün olabilir.) Ve demirsiz doğrusal motorlarda, sargılar, demir veya alüminyum gibi metaller kadar kolay ısı dağıtmayan epoksi ile kapsüllenmiştir.

Bu, ısının yüke ve çevredeki bileşenlere kolayca aktarıldığı ve termal genleşmeye, bozulmaya veya aşırı durumlarda hasara veya arızaya neden olduğu anlamına gelir. Yük etkilenmese bile, ısının birikmesi motorun sürekli kuvvet çıkışını azaltabilir. Bununla mücadele etmek için bazı uygulamalar zorunlu hava veya sıvı soğutma gerektirir ve bu da maliyeti, ayak izini ve karmaşıklığı artırır.

Kirlenmeye karşı koruma

Açık tasarımları ve açık mıknatısları nedeniyle, düz, demir çekirdekli doğrusal motorlar ve U kanallı demirsiz tasarımlar kirlenmeye karşı korunması zor olabilir. Destekleyici doğrusal kılavuzlar çeşitli hazır contalar ve kazıyıcılarla korunabilirken, doğrusal bir motorun açık mıknatısları işleme operasyonlarından veya genellikle üretim ve fabrika ortamlarında bulunan havadaki kirlenmeden kaynaklanan demir parçacıklarını çekebilir. Ve sıvı kirlenmesi hassas elektronik aksamlara zarar verebilir veya geri bildirim sistemlerine müdahale edebilir.

Elbette, kapaklar ve dış yapılar kirlenmeye karşı koruma sağlayacak şekilde tasarlanabilir, ancak bunlar motorun ısıyı dağıtmasını zorlaştırarak yukarıda anlatılan ısı kaynaklı sorunları daha da kötüleştirebilir.

Titreşim ve salınımları telafi etme

Doğrusal motor çözümünün en önemli satış noktalarından biri, motor ile yük arasında vidalar, kayışlar, dişli kutuları ve kaplinler gibi mekanik güç aktarım bileşenlerine olan ihtiyacı ortadan kaldırmasıdır. Bu, doğrusal motorların geri tepme, sarma ve uyum etkilerinden etkilenmediği anlamına gelir; bu, çok yüksek konumlandırma doğrulukları elde etme ve hızlı hızlanma ve yavaşlama oranlarıyla son derece dinamik hareketler gerçekleştirme yeteneklerinde önemli bir faktördür.

Ancak mekanik iletim bileşenleri, salınımlar için bir sönümleme mekanizması sağlayarak ve işleme kuvvetlerinden kaynaklanan tepkiler veya yükün hareketinin neden olduğu titreşimler gibi rahatsızlıkları azaltarak bir hareket sisteminde faydalı olabilir. Ve bu "dahili" sönümleme etkisi olmadan, salınımlar ve titreşimler doğrusal motorların istenen konumlandırma doğruluğuna veya yerleşme süresine ulaşmasını engelleyebilir.

Sistemin bu sönümlenmemiş titreşimlerin ve salınımların etkilerine tepki verebilmesini ve düzeltmeler yapabilmesini sağlamak için, doğrusal motor sistemleri genellikle daha yüksek frekanslı hız, konum ve akım (kuvvet) kontrol döngüleri ve daha yüksek bir akım döngüsü bant genişliği gerektirir. Konum geri bildirim sistemi (genellikle optik veya manyetik bir doğrusal kodlayıcı) ayrıca, kontrolörün motorun ve yükün konumunu daha doğru bir şekilde izleyebilmesi için daha yüksek bir çözünürlüğe sahip olmalıdır. Hatta makine çerçevesi veya destekleyici yapı bile, şoklara ve titreşimlere karşı nispeten duyarsız kalmak ve doğrusal motor tarafından üretilen kuvvetlere dayanmak için yeterince sert (yüksek doğal frekanslı) yapılmalıdır.

Başka bir deyişle, titreşimleri ve bozulmaları telafi etmeye yardımcı olacak daha az bileşen olduğundan, sistemin dinamik, yüksek doğrulukta performans elde etmesi için geri bildirim ve kontrol döngülerinin daha hızlı ve daha doğru bir şekilde iletişim kurabilmesi gerekir.

Ön maliyet ile toplam sahip olma maliyeti arasındaki fark

Ve son olarak, doğrusal motorların yaygın olarak benimsenmesinin önündeki en önemli sınırlayıcı faktörlerden biri ön maliyet olmaya devam etmektedir. Bazı uygulamalarda doğrusal motor çözümlerinin geleneksel kayış, vida veya kremayer ve pinyon çözümlerine kıyasla daha düşük toplam sahip olma maliyetini (TCO) gösteren bol miktarda karşılaştırma olmasına rağmen, doğrusal bir motor sisteminin ön maliyeti, kısıtlı bir bütçe dahilinde performans özelliklerini karşılamakla görevli mühendisler ve tasarımcılar için benimsenmesinin önünde hala bir engeldir. Örnek olarak: Çok uzun seyahat uzunluklarına sahip uygulamalar için - doğrusal motor çözümlerinin mükemmel olduğu alanlardan biri - seyahat gereksinimlerini karşılamak için mıknatısların ve yüksek çözünürlüklü doğrusal kodlayıcıların maliyeti, doğrusal bir motor çözümünün fiyatını dikkate alınmadan belirleyebilir.

Geleneksel olmayan uygulamalar doğrusal motor benimseme oranlarında büyümeyi yönlendiriyor

Isı üretimi, kirlenmeye karşı koruma, yüksek bant genişliği kontrolleri ve maliyet gibi potansiyel zorluklara rağmen, doğrusal motorların benimsenme oranı artmaktadır. Bir zamanlar yarı iletken, ölçüm ve ağır hizmet tipi işleme uygulamaları için niş çözümler olarak görülen demir çekirdekli, demirsiz ve boru şeklindeki doğrusal motorlar artık otomotiv, gıda ve paketleme ve baskı uygulamalarında kullanılmaktadır. Bu uygulamalarda hareketler o kadar zorlayıcı olmayabilir veya doğruluk gereksinimleri o kadar talepkar olmayabilir, ancak daha az bileşen, daha az kesinti süresi ve daha yüksek verimin faydaları ek maliyet ve tasarım hususlarını haklı çıkarır.