線形モーターは、従来のロータリーモーター駆動型の線形アクチュエーターと比較して、より高速で、より正確で、より信頼性の高いパフォーマンスで、モーションコントロールで可能なことを再定義しました。線形モーターのユニークな特性は、機械式の電力伝達コンポーネントなしで負荷が移動することです。代わりに、モーターコイルの磁場によって生成される線形力は、負荷に直接結合されます。これにより、回転運動を線形に変換する機械装置が排除され、システムの寿命、精度、速度、および全体的なパフォーマンスが向上します。

生産性の向上、製品の品質の向上、迅速な開発時間、エンジニアリングコストの削減の需要が高まるにつれて、モジュラーリニアモーター設計を活用することで、線形モーターテクノロジーの採用がますます人気があります。それらは、メトロロジー、精密切断システム、半導体および電子機器の製造機器、ウェーハの取り扱い、リソグラフィ、視覚検査システム、医療機器とデバイス、テストシステム、航空宇宙と防衛、組み立てラインの自動化、印刷および包装アプリケーション、その他多くのアプリケーションにあります。それには、高スループットと高精度の線形運動が必要です。

線形モーター設計のコンポーネントは、高精度と再現性のあるプロセスで機械加工および組み立てる必要があります。これらの部品の適切なアライメントは重要であり、重要なデザインの詳細とアセンブリスキルが必要です。

今日、新世代のモジュラーリニアモーターがゲームを変えました。ターンキーモジュラーリニアモーターは、システムに簡単にボルトで固定でき、すぐに実行する準備ができて、エンジニアリング時間を大幅に短縮できます。エンジニアは、数ヶ月または数年とは対照的に、ほんの数日でモジュラー線形モーターテクノロジーの強力な利点を機械設計に活用できるようになりました。

9つの主要なコンポーネントは、線形モーターシステムで構成されています。

1. ベースプレート
2. モーターコイル
3. 永久磁気トラック（通常はネオジム磁石）
4. モーターコイルを負荷に接続するキャリッジ
5. キャリッジが導かれ、ベースに接続されている線形ベアリングレール
6. 位置フィードバック用の線形エンコーダー
7. 終了停止
8. ケーブルトラック
9. 環境汚染からマグネットトラック、エンコーダー、および線形レールを保護するためのオプションのベローズ。

制御ループ

線形モーター設計のコンポーネントは、高精度と再現性のあるプロセスで機械加工および組み立てる必要があります。これらの部品の適切なアライメントは重要であり、重要なデザインの詳細とアセンブリスキルが必要です。たとえば、磁気トラックと移動モーターコイルは、平らで平行で、それらの間に特定のエアギャップがある必要があります。移動コイルは、磁気トラックの上の平行精度線形ベアリングレールに接続されたキャリッジに乗っています。線形スケールと読み取りヘッドを備えた位置エンコーダーは、最大5 GSの加速に耐えるために適切なアライメント手順と堅牢な取り付け設計を要求する線形モーターのもう1つの重要な部分です。モジュラーリニアモーターを使用すると、これらの詳細はすでに箱から出しています。

示されているようなモジュラー線形モーターシステムは、正確で高速、再現可能な線形運動が必要な場合に使用されます。このシステムは、ボールスクリュー、ベルト、ラックおよびピニオンのアクチュエーターに代わるものです。

洗練されたモーションコントローラーとサーボドライブは、線形モーターの動きを制御するために使用されます。線形モーターは、剛性と周波数応答に関する明確な利点を保持しています。特定の周波数範囲では、10人以上の顕著な係数で従来のボールネジを上回る剛性を示します。この属性を使用すると、線形モーターは、外部障害があっても、印象的な精度で高い位置と速度ループ帯域幅を処理できます。 10〜100 Hzの共鳴周波数に遭遇することが多いボールネジとは異なり、線形モーターはより高い周波数で動作し、共鳴を位置ループ帯域幅をはるかに超えて配置します。

ただし、機械的伝達の除去に関連するトレードオフがあります。ボールスクリューなどの機械的成分は、機械力、自然共鳴周波数、または交差軸の振動からの乱れを減らすのに役立ちます。それらの除去により、線形モーターはそのような混乱に直接さらされます。その結果、これらの妨害を補償することは、モーションコントローラーと駆動電子機器の責任となり、それは彼らに真正面から取り組む必要があります - サーボ軸に直接作用します。そこで、今日の洗練されたクローズドループモーションアルゴリズムが登場し、共鳴を排除し、驚くべき位置ループ制御を提供します。

線形アクチュエーターの領域内で、線形モーターは例外的な技術的能力を提供します。優れた剛性を示し、より高い周波数で動作するモーターズの能力は、それらを従来の代替品と区別します。共鳴周波数に反対し、外部の破壊が存在する場合でも高精度を維持することにより、線形モーターは説得力のあるソリューションを提供します。

それにもかかわらず、機械的伝達がないため、障害に対抗するための堅牢な補償戦略が必要であり、システムの継続的なパフォーマンスと信頼性を確保します。速度と位置ループのモーションコントローラーサンプリング周波数は通常、5 kHzで始まります。線形モーター軸は、1つまたは2つのkHz周波数が許容できる、従来の回転運動駆動軸の5〜10倍の位置ループ帯域幅を持つことができます。一部の現在のモーションコントローラーは、20 kHz以上のレートをサンプリングできます。これにより、超高スピードフィードバックコントロールと超高速パス制御が可能になります。

モジュラー線形モーターのほとんどのメーカーもモーションコントロールおよびサーボの専門家であるため、多くの制御ループの課題と機械的共鳴の懸念もよく考えられており、これらの課題を軽減するためにソリューションとツールが提供されています。

線形モーターアプリケーション

私は何年も前にリニアモーターを使用して貴重な経験を積んでおり、エンジニアチームが革新的なプロジェクトに着手しています。世界初の線形モーターベースのレーザー切断機を作成します。線形モーターを使用することは、ロータリーサーボモーターによって駆動される従来の線形アクチュエータテクノロジーが、線形モーターで達成可能な高性能機能を提供できなかったため、業界を破壊するのに最適でした。

テクノロジーの実装は簡単な作業ではありませんでした。プロジェクトを掘り下げたとき、当社のアプリケーションには市販されていない線形モーター性能仕様が必要であることに気付きました。抑止されていないため、アプリケーション専用にリニアモーターを設計することにしました。

1.5 gの加速で2.5 m/秒の速い速度で1,000ポンドのガントリーシステムを移動する必要があるため、多くの課題に直面しました。つまり、極端な力を生成できる線形モーターを設計する必要がありました。私たちのチームは、レーザーカットマシンの需要を満たすことができる線形モーターを最終的に考案するまで、研究開発に数え切れないほどの時間を注ぎました。 14か月後にリニアモーターがアクションを繰り返して、ガントリーシステムを信じられないほどのスピード、容易さ、精度で推進したのは、誇りに思っている瞬間でした。達成されたパフォーマンスは前例のないものでした。ターンキーモジュラーリニアモーターが利用可能になった場合、マシンのコンセプトがどれほど速く完了したかを考慮することは注目に値します。

90年代の線形モーターデザインの旅に着手して以来、線形モーターテクノロジーは非常に進化しました。新しいモジュール設計の導入により、モーションデザインと線形モーターのイノベーションと進歩の可能性はこれまで以上に大きくなります。モジュラー線形モーターは、多くの業界で幅広いアプリケーションに利益をもたらすために迅速に展開できる、より速く、より正確で、信頼性の高いモーション制御機能を備えて、可能なことを再定義しています。