Doğrusal Motor ve Döner Servo Motor Karşılaştırması

Bir döner servo motor, ancak bir mekanik aşama onun dönüşünü hareket mesafesine dönüştürdükten sonra doğrusal hareket üretir.

Öte yandan, bir lineer motor bu hareketi ara bir dönüşüm olmaksızın doğrudan üretir. Bu tek mimari fark, kuvvet, hız, hassasiyet ve maliyet açısından daha sonra ortaya çıkan tüm ödünleşimlerin temelini oluşturur.

Bir lineer motoru, açılmış bir fırçasız döner motor olarak hayal ederseniz, onun temel elektromanyetik prensibini anlamış olursunuz. Statorun içinde dönen bir rotor yerine, hareketli bir taşıyıcı, sırayla dizilmiş kalıcı mıknatıslardan oluşan bir ray boyunca ilerler.

Temel ilkeler aynı olduğu için, servo sürücüler bunları tam olarak aynı şekilde komütasyonuna tabi tutar ve kontrol eder.

Döner sistemin kendine özgü avantajlarını kazandığı ve dezavantajlarını devraldığı nokta, mekanik aktarım sistemidir — örneğin bilyalı vida, kayış veya kremayer ve pinyon gibi.

Doğrusal motor ile döner servo motor arasındaki temel teknolojik fark nedir?

Doğrusal motor, açılmış bir döner servo motordur. Statorun içinde dönen bir rotor yerine, üç fazlı bobinleri taşıyan hareketli bir taşıyıcı, kutupları değişen kalıcı mıknatıslardan oluşan bir ray boyunca ilerler. Bobinlerden geçen akım, her bir fazı kuzey veya güney kutbu olarak manyetize eder ve bunun sonucunda ortaya çıkan çekim ve itme kuvvetleri, taşıyıcıyı ray boyunca iter. 

Sürücü, bu motoru döner fırçasız bir motorla aynı şekilde komütasyon ve kontrol eder — elektromanyetik prensip aynıdır ve yalnızca geometri farklıdır.

Döner alternatif, motorun dönmesini sağlar ve bir aktarma mekanizması ekler: bilyalı vida, kayış ve kasnak ya da kremayer ve pinyon.

Her biri, farklı ödünler vererek dönme hareketini doğrusal harekete dönüştürür — kayışlar, hassasiyetten ziyade hızı ve düşük maliyeti ön plana çıkarırken, kremayer ve pinyon sistemi çok uzun hareket mesafesini tercih eder.

Bu makalede, lineer motorla hassasiyet açısından en sık başa baş rekabet eden dönüşüm mekanizması olması nedeniyle, temsili bir örnek olarak bilyalı vidadan yararlanılmaktadır. Dönüşüm sistemi, döner sistemin avantajlarını kazandığı ve dezavantajlarını devraldığı yerdir; bu nedenle, buradan başlamak en doğru yoldur.

Doğrusal Motor ve Döner Servo Motor Karşılaştırması: Hızlı Bir Karşılaştırmalı Analiz

Aşağıdaki altı parametre, yayınlanmış tipik aralıkları temsil etmektedir; gerçek değerler ise ilgili motora, vida adımına, geri besleme cihazına ve kademenin yapısına bağlıdır.

Kuvvet: Mekanik Avantaj

Küresel vidanın en belirgin avantajı, mekanik güç çoğaltma özelliğidir. Kısa adımlı bir vida, hızdan ödün vererek kuvveti artırır ve motor torkunu yüksek bir doğrusal itme gücüne dönüştürür. Bu nedenle, döner-vida sistemleri, benzer boyutlardaki bir doğrusal motorun rekabet edemediği pres ve kelepçelerde yaygın olarak kullanılmaktadır.

Bir lineer motorda kuvveti katlamak için dişli sistemi bulunmaz. İtme kuvveti, bobin akımının mıknatıs rayıyla etkileşime girmesinden doğrudan kaynaklanır; bu nedenle, motordaki sürekli kuvvet, bobinlerin aşırı ısınmadan önce taşıyabileceği akım miktarıyla kesin olarak sınırlıdır.

Hız, İvme ve Yerleşme

Doğrudan tahrik, lineer motorların rakiplerinden gerçekten ayrıldığı noktadır. Dönmesi gereken bir vida ve sarılması gereken esnek bir kaplin bulunmadığından, bir lineer motor 10 g'ye yakın ivmelere ve 5–10 m/s civarında hızlara ulaşır. Tipik servo ve bilyalı vida tabanlı platformlar ise en fazla yaklaşık 2 g ivme ve 1 m/s'nin altında hıza ulaşır.

Ayrıca, uzun ve ince bilyalı vidalar kendine özgü bir sınırlama getirir. Kritik bir dönme hızının üzerinde, uzun bir vida kamçılanmaya başlar; bu da kullanılabilir hareket hızını sınırlar ve tasarımcıları daha büyük vida çapları kullanmaya zorlar. Doğrusal motorlarda ise dönen mil bulunmaz ve kamçılanma sınırı yoktur.

Atalet ve Termal Sınırların Anlaşılması

Bir redüktör, motorun maruz kaldığı yük ataletini, aktarma oranının karesiyle orantılı olarak önemli ölçüde azaltır. Bir bilyalı vidada, motor miline yansıyan yük kütlesi şöyledir:

Nerede Jref​ motor milindeki yük ataletidir, m hareketli yükün kütlesidir ve p  vidanın adım mesafesidir.

Kılavuzun kare şeklinde olması nedeniyle, mütevazı bir kılavuz, ağır yükleri bile motora göre küçük gösterir ve böylece motoru yük değişimlerinden bağımsız hale getirir. Doğrusal motorda ise tam yük doğrudan iticiye bağlandığından böyle bir azaltma olmaz; bu da değişken yüklerin ayarlanmasını zorlaştırır.

Termal davranışları da önemli ölçüde farklılık gösterir. Döner motorlar tahrik ucunda yer alır ve ısıyı iş parçasından uzağa dağıtır. Doğrusal motorların bobinleri ise yükle birlikte hareket eder; bu da ısıyı sıcaklığa duyarlı işlemlerin içine aktarabilir.

Doğrusal motorlarda, sürekli kuvvet termal olarak sınırlıdır ve bobin sıcaklık artışı şu şekilde gerçekleşir:

Çünkü kuvvet Fc kare şeklinde görünür; yüksek ortam sıcaklıkları veya maksimum bobin sıcaklığı sınırları, motorun sürekli torkunu önemli ölçüde düşürür.

Sonuç: Ne Zaman Hangisini Seçmeli?

Döner-vidalı sistem, genellikle ilk yatırım maliyeti açısından daha ucuzdur ve birim maliyet başına çok daha fazla kuvvet sağlar. Bu sistem, kuvvet yoğunluğu ve maliyetin, yüksek itme gücüne sahip presleme, dikey eksenler veya yük miktarı büyük ölçüde değişkenlik gösteren uygulamalar gibi üst düzey dinamik özelliklerden daha öncelikli olduğu durumlarda doğru seçimdir.

Buna karşılık, uygulama bir vidanın ulaşamayacağı düzeyde hız, ivme veya hassasiyet gerektirdiğinde doğrusal motor tercih etmelisiniz.

Submikron düzeyinde konumlandırma imkanı sunan bu ürünler, mekanik sıkışma veya aşınmanın nihai sonucu olumsuz etkileyebileceği yüksek verimli yerleştirme veya tarama işlemleri için idealdir.

Sonuç olarak, doğrusal motor elektriksel açıdan sargısı sökülmüş bir döner motordan ibaret olduğundan, ADVANCED Motion Controls’un FlexPro ve DigiFlex Performance gibi standart servo sürücüler her ikisini de sorunsuz bir şekilde çalıştırabilir.