Лінійний двигун можна розглядати як обертовий серводвигун, розгорнутий і покладений плазом, щоб забезпечити принципово лінійний рух. Традиційний лінійний привід — це механічний елемент, який перетворює поворотний рух обертового серводвигуна на прямолінійний рух. Обидва пропонують лінійний рух, але з дуже різними характеристиками продуктивності та компромісами. Немає кращої чи нижчої технології — вибір того, яку використовувати, залежить від програми. Давайте розглянемо ближче.

Основне правило для лінійних двигунів полягає в тому, що вони сяють у додатках, які потребують високого прискорення, високих швидкостей або високої точності. Наприклад, у метрології напівпровідників, де роздільна здатність і пропускна здатність є критичними і навіть година простою може коштувати десятки тисяч доларів, лінійні двигуни є ідеальним рішенням. Але як щодо менш складної ситуації?

Першою проблемою лінійних двигунів була конкурентоспроможність. Для лінійних двигунів потрібні рідкоземельні магніти, які є одним із факторів, що обмежують довжину ходу. Звичайно, теоретично магніти можна шикувати практично нескінченно, але насправді, окрім проблеми забезпечення достатньої жорсткості на великій довжині ходу, витрати зростають, особливо для конструкцій U-каналу.

Двигуни із залізним сердечником можуть генерувати таку саму силу, використовуючи менші магніти, ніж еквівалентна беззалізна конструкція, тому, якщо м’язи є основною вимогою, а характеристики продуктивності достатньо пом’якшені, щоб витримувати деякі порушення сили зубчастого приводу, що призводить до динамічного положення або помилок швидкості, залізний сердечник може бути найкращим підходом. Якщо вимоги до продуктивності ще менші, порядку мікронів, а не нанометрів, можливо, комбінація лінійних приводів забезпечує найбільш прийнятний компроміс — виберіть лінійний привод, скажімо, для упаковки ліків, але лінійний двигун для секвенування ДНК при відкритті ліків.

Тривалість подорожі
Хоча існує багато винятків, оптимальна довжина ходу лінійних двигунів коливається від кількох міліметрів до кількох метрів. Нижче, ніж це, така альтернатива, як згинання, може бути більш ефективною; вище, ремінні передачі, а потім рейкові конструкції, мабуть, кращі ставки.

Довжина ходу лінійних двигунів обмежена не лише ціною та стабільністю монтажу, але й проблемою організації кабелю. Щоб генерувати рух, форсатор має бути під напругою, що означає, що кабелі живлення мають рухатися разом із ним на всю довжину ходу. Високогнучкий кабель і супутні канали дорогі, і той факт, що кабель є єдиною найбільшою точкою збою в управлінні рухом загалом, ще більше ускладнює проблему.

Звичайно, сама природа лінійних двигунів може дати розумне вирішення цієї проблеми. Там, де у нас є такі занепокоєння, ми встановимо форсер на нерухому основу та перемістимо магнітну доріжку. Таким чином усі кабелі надходять до стаціонарного форсера. Ви отримуєте трохи менше прискорення від даного двигуна, оскільки ви прискорюєте не котушку, а магнітну доріжку, яка важча. Якби ви робили це для високого G, це було б погано. Якщо у вас справді немає програми з високим рівнем пропускання, це може бути дуже гарним дизайном.

Profeta посилається на лінійні серводвигуни Aerotech з піковими зусиллями від 28 до 900 фунтів, але тут знову ж таки фундаментальна конструкція лінійних двигунів піддається унікальним рішенням, які пропонують набагато більше. У нас є клієнти, які візьмуть наші найбільші лінійні двигуни, об’єднають шість із них і створять майже 6000 фунтів сили. Ви можете розмістити кілька прискорювачів на кількох гусеницях, механічно зафіксувати їх разом, а потім комутувати їх усі разом, щоб вони діяли як один двигун; або ви можете розмістити кілька форсерів на одній магнітній доріжці та встановити їх на каретку, що утримує вантаж, і розглядати їх як один двигун.

Оскільки ми живемо в реальному світі, і неможливо точно узгодити комутацію, існує штраф за ефективність у кілька відсотків, щоб заплатити за цей підхід, але він все одно може дати найкраще універсальне рішення для певної програми.

Голова до голови
З точки зору сили, як лінійні двигуни поєднуються з комбінаціями роторного двигуна/лінійного приводу? Існує значний компроміс сил, ми порівнюємо восьмиполюсний лінійний двигун шириною 4 дюйми з гвинтовим приводом із виробом шириною 4 дюйми. Наш восьмиполюсний лінійний двигун має пікову силу 40 фунтів (180 Н) і постійну силу 11 фунтів (50 Н). У цьому ж профілі з серводвигуном NEMA 23 і нашим виробом з гвинтовим приводом максимальне осьове навантаження становить 200 фунтів, тож якщо ви подивитеся на це таким чином, ви побачите фактично 20-кратне зменшення тривалої сили.

Фактичні результати змінюватимуться залежно від кроку гвинта, діаметра гвинта, котушок двигуна та конструкції двигуна, він швидко зауважив, і обмежені осьовими підшипниками, що підтримують гвинт. Лінійний двигун компанії із залізним сердечником шириною 13 дюймів може генерувати 1600 фунтів пікової осьової сили порівняно з 440 фунтами, що забезпечуються, наприклад, виробом із гвинтовим приводом шириною 6 дюймів, але виділяється значний простір.

Перефразовуючи політичне гасло, це заявка, дурня. Якщо щільність сили є основною проблемою, то привод є, ймовірно, найкращим вибором. Якщо програма потребує швидкості реагування, наприклад, у високоточних програмах із високим прискоренням, таких як інспекція РК-дисплеїв, компроміс між розміром і силою для досягнення необхідної продуктивності є доцільним.

Дотримання чистоти
Забруднення є основною проблемою для керування рухом у виробничих середовищах, і лінійні двигуни не є винятком. Однією великою проблемою зі стандартною конструкцією лінійного двигуна є вплив забруднення, наприклад твердих часток або вологи. Це вірно для «планшетних» конструкцій і меншою проблемою для [U-канальних] конструкцій.

Повністю заклеїти розчин дуже складно. Ви не хочете бути в середовищі з високою вологістю. Якщо ви збираєтеся використовувати лінійний двигун для водоструминного різання, ви повинні створити на ньому надлишковий тиск і переконатися, що він добре захищений, оскільки електроніка лінійного двигуна знаходиться тут же, разом із приводом.

У випадку конструкцій U-каналу інвертування U може мінімізувати ймовірність потрапляння частинок у канал, але це створює проблеми з керуванням температурою, які можуть поставити під загрозу продуктивність у результаті переміщення маси магнітної рейки проти переміщення маси форсера . Знову ж таки, це компроміс, і знову програма стимулює використання.

На лінійний двигун може впливати не лише середовище — лінійний двигун може створювати проблеми з навколишнім середовищем. На відміну від обертових конструкцій, великі магніти в лінійних блоках можуть завдати шкоди магнітно-чутливому оточенню, наприклад, у апаратах магнітно-резонансної томографії (МРТ). Це може бути проблемою навіть у більш прозаїчному застосуванні, як-от різання металу. Ви отримуєте ці магніти високої сили, які намагаються витягнути кожну з цих металевих стружок на магнітну доріжку, тому лінійні двигуни не працюватимуть добре в таких типах застосувань без належного захисту.

Про ці програми…
Тож де можна застосувати лінійні двигуни? Метрологія, для початку, у таких сферах, як виробництво напівпровідників, світлодіодів та РК-дисплеїв. Цифровий друк великих вивісок також є зростаючим ринком, як і біомедичний сектор, і навіть у виробництві дрібних деталей наші клієнти розміщують пари лінійних двигунів у конфігураціях порталу для завдань складання. Ви хочете отримати якомога більшу пропускну здатність продукту, тому високе прискорення та швидкість, які ви можете отримати від цих двигунів, є перевагою. Одна річ, яку ми робили останнім часом, це виробництво паливних елементів; вирізання за трафаретом - це інше.