リニア モーターは、基本的に直線運動を生成するために展開されて平らに置かれた回転サーボ モーターと考えることができます。従来のリニア アクチュエータは、回転サーボ モーターの回転運動を直線移動に変換する機械要素です。この 2 つはどちらも直線運動を提供しますが、パフォーマンス特性とトレードオフは大きく異なります。テクノロジーに優劣はありません。どちらを使用するかはアプリケーションによって異なります。詳しく見てみましょう。

リニア モーターの経験則は、高加速、高速、または高精度が必要な用途に適しているということです。たとえば、分解能とスループットが重要であり、1 時間のダウンタイムでも数万ドルのコストがかかる半導体計測では、リニア モーターが理想的なソリューションを提供します。しかし、それほど要求の厳しい状況ではどうでしょうか?

リニアモーターの初期の課題はコスト競争力でした。リニアモーターには希土類磁石が必要ですが、これがストローク長の制限要因の 1 つとなります。確かに、理論上は磁石を事実上無限に並べることができますが、実際には、長いストローク長にわたって十分な剛性を確保するという課題とは別に、特に U チャネル設計の場合、コストがかさみます。

鉄芯モーターは、同等の鉄のない設計よりも小さな磁石を使用して同じ力を生成できるため、筋肉が主な要件であり、動的位置誤差または速度誤差を引き起こすコギング力の外乱を許容できるほど性能仕様が十分に緩和されている場合、鉄芯モーターは、最善のアプローチになります。性能要件がナノメートルではなくミクロンのオーダーでさらに緩い場合、おそらくリニア アクチュエータの組み合わせが最も適切な妥協点を提供します。たとえば、医薬品パッケージングにはリニア アクチュエータを選択しますが、創薬の DNA シークエンシングにはリニア モータを選択します。

旅行の長さ
例外はたくさんありますが、リニアモーターの最適なストローク長は数ミリメートルから数メートルの範囲です。それより低い場合は、フレクシャなどの代替手段の方が効果的である可能性があります。上記では、ベルトドライブ、次にラックアンドピニオンの設計がおそらくより良い選択肢です。

リニアモーターのストローク長は、コストや取り付けの安定性だけでなく、ケーブル管理の問題によっても制約されます。動きを生成するには、フォーサーに電力を供給する必要があります。これは、電力ケーブルが全ストローク長さにわたってフォーサーと一緒に移動する必要があることを意味します。高屈曲ケーブルとそれに付随するレースウェイは高価であり、ケーブル接続がモーション制御全体における最大の障害点であるという事実が、問題をさらに複雑にしています。

もちろん、リニアモーターのまさにその性質により、この問題に対する賢明な解決策が得られます。このような懸念がある場合は、フォーサーを固定ベースに取り付け、マグネット トラックを移動します。こうすることで、すべてのケーブルが固定フォーサーに接続されます。コイルを加速しているのではなく、より重いマグネット トラックを加速しているため、特定のモーターから得られる加速度は少し低くなります。高Gでこれをやっているとしたら、それは良くありません。実際に高 G アプリケーションを使用していない場合、これは非常に優れた設計になる可能性があります。

Profeta は、ピーク力が 28 ～ 900 ポンドの範囲にある Aerotech リニア サーボ モーターを挙げていますが、ここでも、リニア モーターの基本設計は、はるかに多くの機能を提供する独自のソリューションに適しています。当社には、最大のリニア モーターを 6 つ組み合わせて、約 6000 ポンドの力を生成する顧客がいます。複数のフォーサーを複数のトラックに配置し、それらを機械的に固定してから、それらをまとめて整流して、1 つのモーターとして機能させることができます。または、複数のフォーサーを同じマグネット トラックに配置し、負荷を保持するキャリッジに取り付けて 1 つのモーターとして扱うこともできます。

私たちは現実世界に住んでおり、整流を正確に一致させることは不可能であるため、このアプローチには数パーセントの効率のペナルティが発生しますが、それでも特定のアプリケーションに対して最適な総合的なソリューションが得られる可能性があります。

直接対決
力の観点から見ると、リニア モーターは回転モーターとリニア アクチュエーターの組み合わせとどのように比較できるのでしょうか?大きな力のトレードオフがあり、幅 4 インチ、8 極のスロットレス リニア モーターと幅 4 インチのネジ駆動製品を比較します。当社の 8 極リニア モーターのピーク力は 40 ポンド (180 N)、連続力は 11 ポンド (50 N) です。 NEMA 23 サーボ モーターと当社のネジ駆動製品を使用したこの同じプロファイルでは、最大軸方向荷重は 200 ポンドです。したがって、そのように考えると、基本的に連続力が 20 分の 1 に減少することになります。

実際の結果は、ネジのピッチ、ネジの直径、モーターのコイル、モーターの設計によって異なり、ネジを支えるアキシャル ベアリングによって制限されると彼はすぐに指摘しています。たとえば、同社の幅13インチの鉄心リニアモーターは、幅6インチのネジ駆動製品が提供する最大軸力440ポンドと比較して、1600ポンドのピーク軸力を生成できますが、放棄されるスペースの量はかなりのものです。

政治的スローガンを言い換えれば、それは応用だ、愚か者。力密度が主な関心事である場合、おそらくアクチュエータが最良の選択です。 LCD 検査などの高精度、高加速アプリケーションなど、アプリケーションに応答性が必要な場合は、必要なパフォーマンスを得るために設置面積と力をトレードオフする価値があります。

清潔に保つ
汚染は製造環境におけるモーション制御にとって大きな問題であり、リニアモーターも例外ではありません。標準的なリニア モーター設計の大きな問題の 1 つは、固体粒子や湿気などの汚染にさらされることです。これは「フラットベッド」デザインに当てはまりますが、[U チャネル] デザインではそれほど問題になりません。

溶液を完全に密閉するのは非常に困難です。湿気の多い環境にはいたくないですよね。リニア モーターをウォーター ジェット切断用途に使用する場合は、リニア モーターの電子機器が作動のすぐ近くにあるため、リニア モーターに正の圧力をかけ、十分に保護されていることを確認する必要があります。

U チャネル設計の場合、U を反転することでチャネルに微粒子が入る可能性を最小限に抑えることができますが、マグネット レールの質量とフォーサーの質量の移動の結果として、パフォーマンスを損なう可能性のある熱管理の問題が発生します。 。繰り返しますが、これはトレードオフであり、アプリケーションによって使用量が決まります。

リニア モーターに影響を与えるのは環境だけではありません。リニア モーターは環境に問題を引き起こす可能性があります。回転設計とは異なり、リニアユニット内の大きな磁石は、磁気共鳴画像法 (MRI) 装置など、磁気に敏感な環境に大混乱を引き起こす可能性があります。金属切断などのより平凡な用途でも問題になる可能性があります。強力な磁石がこれらの金属片を 1 つずつ磁石トラックに引き寄せようとするため、適切な保護がなければ、リニア モーターはそのような種類のアプリケーションでは適切に機能しません。

それらのアプリケーションについて…
では、リニアモーターのアプリケーションのスイートスポットはどこでしょうか?まず、半導体、LED、LCD 製造などの分野における計測。生物医学分野や小型部品製造と同様に、大型看板のデジタル印刷も成長市場であり、当社のお客様は組み立て作業のためにガントリー構成にリニアモーターのペアを配置します。できる限り多くの製品スループットを得る必要があるため、これらのモーターから得られる高い加速と速度が有利です。私たちが最近取り組んでいることの 1 つは燃料電池の製造です。ステンシルカットは別です。