ベースプレート、リニアモーター、リニアガイド、エンコーダー、制御装置を含む完全なリニアモーターステージ。

ダイレクト ドライブ リニア サーボ モータは、より高いスループットとより高い精度を求めるエンド ユーザーの要求のおかげで、過去数年間で採用が目に見えて増加しました。また、リニアモーターは、他の駆動機構では不可能な高速、長いストローク、優れた位置決め精度の組み合わせを提供する能力で最もよく知られていますが、非常にゆっくりとした滑らかで正確な動きも実現できます。実際、リニア モーター技術は、推力、速度、加速度、位置決め精度、再現性など、非常に幅広い機能を提供するため、リニア モーターが適切なソリューションではないアプリケーションはほとんどありません。

リニア モーターのバリエーションには、リニア サーボ モーター、リニア ステッピング モーター、リニア誘導モーター、スラスト チューブ リニア モーターなどがあります。リニア サーボ モーターがアプリケーションにとって最適な選択肢である場合、最初のモーター選択時に考慮すべき 3 つの点を次に示します。

「主な」考慮事項: 鉄芯か鉄なしか?
リニア ダイレクト ドライブ サーボ モーターには、鉄心付きと鉄なしの 2 つの主なタイプがあり、これは、一次部分 (回転モーターの固定子に相当) の巻線が鉄積層スタックに取り付けられているか、エポキシに取り付けられているかを指します。通常、アプリケーションに鉄芯が必要か、鉄を使わないリニア モーターが必要かを決定するのが、設計と選択の最初のステップです。

鉄心リニアモーターは、非常に高い推力を必要とする用途に最適です。これは、一次部品の積層に、電磁束を二次部品の磁石に集中させる歯 (突起) が含まれているためです (回転モーターのローターに似ています)。一次部分の鉄と二次部分の永久磁石の間のこの磁気吸引力により、モーターは高い力を伝達することができます。

アイアンレスリニアモーターは一般に推力能力が低いため、プレス、機械加工、成形などの用途で見られる非常に高い推力要件には適していません。しかし、高速な組み立てと輸送には優れています。

鉄心設計の欠点はコギングであり、これにより動作の滑らかさが損なわれます。コギングは、一次部品のスロット付き設計により、二次部品の磁石に沿って移動する際に「優先」位置になるために発生します。一次側が二次側の磁石と整列する傾向を克服するには、モーターはより多くの力を生成する必要があり、これによりコギングと呼ばれる速度リップルが発生します。この力と速度のリップルの変動は動作の滑らかさを低下させます。これは、移動中の動作の品質 (最終的な位置決め精度だけでなく) が重要なアプリケーションでは重大な問題になる可能性があります。

コギングを低減するためにメーカーが使用する方法は数多くあります。一般的なアプローチの 1 つは、磁石 (または歯) の位置を歪めて、一次歯が二次磁石を横切って移動するときにより滑らかな移行を作成することです。磁石の形状を細長い八角形に変更しても同様の効果が得られます。

コギングを低減する別の方法は、分割巻きと呼ばれます。この設計では、一次側には二次側の磁石よりも多くの積層歯が含まれており、積層スタックは特殊な形状をしています。これら 2 つの変更を組み合わせると、コギング力が打ち消されます。そしてもちろん、ソフトウェアは常に解決策を提供します。アンチコギングアルゴリズムにより、サーボドライブとコントローラーは一次側に供給される電流を調整して、力と速度の変動を最小限に抑えることができます。

鉄を使わないリニアモーターは、一次コイルが鋼板の周囲に巻かれているのではなく、エポキシでカプセル化されているため、コギングが発生しません。また、鉄を使わないリニア サーボ モーターは質量が軽いため (エポキシはスチールよりも剛性が低いですが軽量です)、電気機械システムで見られる最高の加速、減速度、最大速度の値を実現できます。整定時間は、通常、鉄芯バージョンよりも鉄なしモーターの方が優れています (短く) 。一次側に鋼が含まれていないこと、およびそれに伴うコギングや速度リップルが存在しないことは、鉄を使用していないリニア モーターが、通常 0.01 パーセント未満の速度変動で、非常にゆっくりとした安定した動作を提供できることも意味します。

どのレベルの統合ですか?
回転モーターと同様に、リニア サーボ モーターはモーション システムの 1 つのコンポーネントにすぎません。完全なリニア モーター システムには、負荷をサポートおよびガイドするためのベアリング、ケーブル管理、フィードバック (通常はリニア エンコーダー)、およびサーボ ドライブとコントローラーも必要です。経験豊富な OEM や機械製造業者、あるいは非常に独自の設計要件や性能要件を持つ企業は、社内の機能とさまざまなメーカーの既製コンポーネントを使用して完全なシステムを構築できます。

リニア モーター システムの設計は、ベルト、ラック アンド ピニオン、またはネジに基づくシステムの設計よりもおそらく簡単です。コンポーネントの数が減り、労力のかかる組み立て手順が少なくなります (ボールねじサポートの位置合わせやベルトの張力調整が不要)。また、リニア モーターは非接触であるため、設計者は駆動ユニットの潤滑、調整、その他のメンテナンスについて心配する必要がありません。しかし、ターンキー ソリューションを探している OEM や機械製造業者にとっては、完全なリニア モーター駆動のアクチュエーター、高精度ステージ、さらにはデカルト システムやガントリー システムまで、無数のオプションがあります。

リニアモーターに適した環境ですか？
リニア モーターは、可動部品が少なく、ほぼすべての種類のリニア ガイドやケーブル管理と組み合わせて粒子の発生、ガス放出、および温度の要件を満たすことができるため、クリーンルームや真空環境などの困難な環境で好まれるソリューションとなることがよくあります。アプリケーション。また、極端な場合には、一次部分 (ケーブルやケーブル管理を含む巻線) を固定したまま、二次部分 (マグネット トラック) を可動部分として使用することもできます。

ただし、環境に金属片、金属粉塵、または金属粒子が含まれる場合、リニア サーボ モーターは最適な選択肢ではない可能性があります。これは鉄芯リニア モーターに特に当てはまります。その設計は本質的にオープンであり、マグネット トラックが汚染にさらされたままになるためです。鉄のないリニアモーターの半密閉設計はより優れた保護を提供しますが、二次部分のスロットが汚染源に直接さらされないよう注意する必要があります。鉄心リニアモーターと鉄心なしリニアモーターの両方を封入する設計オプションがありますが、これらによりモーターの熱放散能力が低下し、問題が別の問題と引き換えになる可能性があります。