完全なリニア モーター ステージ - 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、コントロールを含む。

ダイレクトドライブリニアサーボモーターは、エンドユーザーからの高スループットと高精度への要求に支えられ、ここ数年で採用が目覚ましい増加を見せています。リニアモーターは、他の駆動機構では実現できない高速、ロングストローク、そして優れた位置決め精度を兼ね備えていることで広く知られていますが、同時に極めて低速でスムーズかつ高精度な動作も実現可能です。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備えているため、リニアモーターが適さないアプリケーションはほとんどありません。

リニアモーターの種類には、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最適な選択肢である場合、モーターの初期選定時に考慮すべき3つの点をご紹介します。

「主な」考慮事項: 鉄心か鉄なしか?
リニアダイレクトドライブサーボモーターには、鉄心型と鉄心なし型の2つの主要なタイプがあります。これは、一次側（回転モーターのステーターに相当）の巻線が鉄積層スタックに実装されているか、エポキシ樹脂で実装されているかによって決まります。アプリケーションに鉄心型リニアモーターと鉄心なしリニアモーターのどちらが必要かを判断することが、設計と選定における最初のステップとなります。

鉄心型リニアモータは、極めて高い推力を必要とする用途に最適です。これは、一次側の積層板に歯（突起）があり、この歯が電磁束を二次側の磁石（回転モータのローターに相当）に集中させるためです。一次側の鉄心と二次側の永久磁石との間の磁気的引力により、モータは高い推力を発揮します。

鉄心レスリニアモーターは一般的に推力が低いため、プレス、機械加工、成形などの用途で求められる極めて高い推力要件には適していません。しかし、高速組み立てや搬送には優れています。

鉄心設計の欠点はコギングであり、これは動作の滑らかさを低下させます。コギングは、一次側がスロット状に設計されているため、二次側の磁石に沿って移動する際に「好ましい」位置をとることで発生します。一次側が二次側の磁石と一直線に並ぼうとする傾向を克服するために、モーターはより大きな力を発生させる必要があり、これがコギングと呼ばれる速度リップルを引き起こします。この力と速度リップルの変動は動作の滑らかさを低下させ、移動中の動作品質（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となる可能性があります。

コギングを低減するために、メーカーは様々な手法を用いています。一般的な手法の一つは、磁石（または歯）の位置を斜めにすることで、主歯が副磁石の上を移動する際の遷移を滑らかにすることです。磁石の形状を細長い八角形に変更することでも同様の効果が得られます。

コギングを低減するもう一つの方法は、分数巻線と呼ばれるものです。この設計では、一次側の積層歯数が二次側の磁石数より多く、積層スタックの形状も特殊です。これら2つの変更を組み合わせることで、コギング力を打ち消すことができます。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は一次側に供給される電流を調整し、力と速度の変動を最小限に抑えることができます。

鉄心レスリニアモーターは、一次コイルが鋼板に巻かれておらず、エポキシ樹脂で封止されているため、コギングが発生しません。また、鉄心レスリニアサーボモーターは質量が軽いため（エポキシ樹脂は鋼板よりも軽量ですが、剛性は劣ります）、電気機械システムの中でも最高レベルの加速、減速、最大速度を実現できます。整定時間も、鉄心レスモーターの方が鉄心タイプよりも一般的に短く、良好です。一次コイルに鋼板がないため、コギングや速度リップルが発生しないため、鉄心レスリニアモーターは非常に低速で安定した動作が可能で、速度変動は通常0.01%未満です。

統合のレベルはどの程度ですか?
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を構成するコンポーネントの一つにすぎません。完全なリニアモーターシステムには、負荷を支持・ガイドするベアリング、ケーブルマネジメント、フィードバック機構（通常はリニアエンコーダ）、そしてサーボドライブとコントローラも必要です。経験豊富なOEMや機械メーカー、あるいは非常に特殊な設計や性能要件を持つメーカーであれば、社内の技術力と様々なメーカーの既製コンポーネントを組み合わせることで、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＆ピニオン、またはネジをベースにしたシステムの設計よりもシンプルと言えるでしょう。部品数が少なく、手間のかかる組み立て工程も少なくて済みます（ボールネジ支持部の位置合わせやベルトの張力調整は不要です）。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求めるOEMや機械メーカーには、完全なリニアモーター駆動アクチュエータ、高精度ステージ、さらには直交座標系やガントリーシステムなど、無数の選択肢があります。

リニアモーターに適した環境ですか？
リニアモーターは、クリーンルームや真空環境などの厳しい環境において、可動部品が少なく、ほぼあらゆるタイプのリニアガイドやケーブルマネジメントと組み合わせることができるため、しばしば好まれるソリューションです。これにより、アプリケーションのパーティクル発生、アウトガス、温度要件を満たすことができます。また、極端なケースでは、二次側（磁気トラック）を可動部品として使用し、一次側（巻線、ケーブル、ケーブルマネジメントを含む）を固定したままにすることも可能です。

しかし、環境が金属片、金属粉塵、金属粒子で構成されている場合には、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。特に鉄芯リニアモーターは開放型設計のため、磁気トラックが汚染物質にさらされるため、その傾向が顕著です。鉄芯レスリニアモーターは半密閉型設計のため保護性能は向上しますが、二次側のスロットが汚染源に直接さらされないように注意する必要があります。鉄芯と鉄芯レスの両方を密閉型にする設計オプションもありますが、モーターの放熱能力が低下し、ある問題が別の問題を引き起こす可能性があります。