Лінійні двигуни можуть досягати високих показників прискорення та великої довжини ходу з хорошою силою тяги та надзвичайно високою точністю позиціонування, тоді як інші механізми приводу, такі як паси, гвинти або зубчаста рейка, повинні пожертвувати принаймні однією з цих вимог, щоб досягти інші. Ось чому лінійні двигуни є кращим вибором для високодинамічних застосувань, таких як метрологія та виробництво напівпровідників.

Насправді, виходячи зі своїх характеристик продуктивності, лінійні двигуни здаються ідеальним рішенням для задоволення конкуруючих вимог, які часто зустрічаються в програмах лінійного руху. Але це викликає запитання: «Чому лінійні двигуни не набувають більшого поширення?»

Щоб зрозуміти, чому швидкість впровадження лінійних двигунів все ще відстає від інших технологій приводів, таких як ремені, гвинти або зубчаста рейка, давайте розглянемо деякі переваги та недоліки лінійних двигунів.

Утворення та розсіювання тепла

Під час визначення розміру та вибору двигуна — роторного чи лінійного — одним із основних факторів є тепло. Фактично, криві залежності крутного моменту (або сили) від швидкості, які зображують безперервні та періодичні робочі діапазони для даної комбінації двигуна та приводу, базуються на здатності двигуна розсіювати тепло за певних умов роботи.

Вироблення тепла може бути ще більш проблематичним для лінійних двигунів, ніж для роторних двигунів, оскільки навантаження встановлено на форсатор, який містить обмотки двигуна. (У деяких конструкціях лінійних двигунів навантаження можна закріпити на магнітній доріжці, хоча це можливо лише для коротких ходів.) А в беззалізних лінійних двигунах обмотки залито в епоксидну смолу, яка не розсіює тепло так легко, як обмотки. метали, такі як залізо або алюміній.

Це означає, що тепло легко передається навантаженню та навколишнім компонентам, спричиняючи теплове розширення, деградацію або, у крайніх випадках, пошкодження чи вихід з ладу. Навіть якщо навантаження не змінюється, накопичення тепла може зменшити безперервну вихідну силу двигуна. Щоб боротися з цим, деякі програми вимагають примусового повітряного або рідинного охолодження, що збільшує вартість, площу та складність.

Захист від забруднення

Через їх відкриту конструкцію та відкриті магніти плоскі лінійні двигуни із залізним сердечником і беззалізні конструкції з U-каналом важко захистити від забруднення. Хоча опорні лінійні напрямні можуть бути захищені різними стандартними ущільнювачами та скребками, відкриті магніти лінійного двигуна можуть притягувати частинки заліза під час обробки або просто від забруднення повітрям, яке часто зустрічається на виробництві та заводських середовищах. А забруднення рідиною може пошкодити чутливу електроніку або завадити системам зворотного зв’язку.

Звичайно, кришки та зовнішні конструкції можуть бути розроблені для захисту від забруднення, але вони можуть ускладнювати розсіювання тепла двигуном, посилюючи описані вище проблеми, пов’язані з нагріванням.

Компенсація вібрації та коливань

Однією з ключових переваг рішення лінійного двигуна є те, що воно усуває потребу в механічних компонентах передачі енергії — таких як гвинти, ремені, коробки передач і муфти — між двигуном і навантаженням. Це означає, що лінійні двигуни не страждають від ефектів люфту, намотування та податливості, що є основним фактором їх здатності досягати дуже високої точності позиціонування та виконувати високодинамічні рухи з швидкими темпами прискорення та уповільнення.

Але компоненти механічної трансмісії можуть бути корисними в системі руху, забезпечуючи механізм демпфування коливань і послаблення збурень, таких як реакції від сил обробки або вібрації, спричинені рухом вантажу. І без цього «вбудованого» демпфіруючого ефекту коливання та вібрації можуть перешкодити лінійним двигунам досягти бажаної точності позиціонування або часу встановлення.

Щоб гарантувати, що система може реагувати на вплив цих незатухаючих вібрацій і коливань і вносити корекції до них, системи лінійного двигуна часто потребують вищих частотних контурів керування швидкістю, положенням і струмом (силою), а також більшої смуги пропускання контуру струму. Система зворотного зв’язку за положенням — як правило, це оптичний або магнітний лінійний кодер — також повинна мати вищу роздільну здатність, щоб контролер міг точніше відстежувати положення двигуна та навантаження. Навіть рама машини або опорна конструкція повинні бути достатньо жорсткими (з високою власною частотою), щоб залишатися відносно нечутливими до ударів і вібрації та протистояти силам, створюваним лінійним двигуном.

Іншими словами, оскільки існує менше компонентів, які допомагають компенсувати вібрації та збурення, контури зворотного зв’язку та керування повинні мати можливість обмінюватися даними швидше та точніше, щоб система досягла динамічних і високоточних характеристик.

Попередня вартість порівняно із загальною вартістю володіння

І, нарешті, одним із ключових факторів, що обмежують широке впровадження лінійних двигунів, залишається початкова вартість. Незважаючи на численні порівняння, які демонструють нижчу загальну вартість володіння (TCO) рішень лінійного двигуна порівняно з традиційними рішеннями з ременем, гвинтом або рейковою шестірнею в деяких додатках, початкова вартість системи лінійного двигуна все ще є перешкодою для застосування для інженерів і дизайнерів, яким доручено відповідати специфікаціям продуктивності в межах обмеженого бюджету. Приклад: для застосувань із дуже великою довжиною ходу – одна з областей, де лінійні двигуни перевершують рішення – вартість магнітів і лінійних кодерів високої роздільної здатності для задоволення вимог щодо ходу може призвести до того, що рішення з лінійним двигуном може бути недоцільним.

Нетрадиційні програми сприяють зростанню темпів впровадження лінійних двигунів

Незважаючи на потенційні труднощі, пов’язані з виробленням тепла, захистом від забруднення, засобами керування високою смугою пропускання та вартістю, рівень впровадження лінійних двигунів зростає. Колись лінійні двигуни із залізним сердечником, без заліза та трубчасті лінійні двигуни, які колись вважалися нішевими рішеннями для напівпровідників, метрології та важкої обробки, тепер використовуються в автомобільній промисловості, харчовій промисловості, пакуванні та поліграфії, де рух може бути не таким складним або вимоги до точності як вимогливі, але де переваги меншої кількості компонентів, меншого простою та більшої пропускної здатності виправдовують додаткові витрати та дизайн міркування.