リニアモーターは優れた出力を提供するため、医療機器、産業オートメーション、パッケージング、半導体製造に優れています。さらに、新しいリニア モーターは、初期バージョンのコスト、発熱、統合の複雑さに対処しています。復習すると、リニア モーターにはコイル (一次部品またはフォーサー) と、プラテンまたは二次とも呼ばれる固定プラットフォームが含まれています。サブタイプは多数ありますが、自動化に最も一般的な 2 つは、ブラシレス鉄心リニア モーターと鉄なしリニア モーターです。

リニアモーターは一般に機械式ドライブよりも優れた性能を発揮します。長さは無制限です。機械セットアップの弾性やバックラッシュがないため、精度と再現性が高く、機械の寿命が続くまでその状態が維持されます。実際、メンテナンスが必要なのはリニア モーターのガイド ベアリングだけです。他のすべてのサブコンポーネントは磨耗しません。

鉄心リニアモーターが優れている点
鉄芯リニアモーターは、鉄芯の周りに一次コイルを備えています。二次側は通常、固定磁石トラックです。鉄芯リニアモーターは、高い連続力を出力するため、射出成形、工作機械、プレス機械でうまく機能します。 1 つの注意点は、鉄心リニア モーターでは、一次側に対する二次側の磁力が磁石のトラックを横切るときに変化するため、歯車が発生する可能性があることです。ここではディテント力が原因です。メーカーはいくつかの方法でコギングに対処していますが、スムーズなストロークが主な目的である場合には問題が発生します。

それでも、鉄芯リニアモーターには多くの利点があります。より強力な磁気結合 (鉄心とステーター磁石の間) により、高い力密度が得られます。したがって、鉄芯リニア モーターは、同等の鉄芯なしリニア モーターよりも高い出力力を持っています。さらに、これらのモーターは動作中に鉄心がコイルから発生する熱を放出するため、多くの熱を放散し、鉄のないモーターよりもコイルから周囲への熱抵抗が低減されます。最後に、これらのモーターはフォーサーとステーターが直接向かい合っているため、統合が容易です。

鉄を使わないリニアモーターで素早いストロークを実現
鉄なしリニアモータは一次側に鉄が含まれていないため、軽量化され、よりダイナミックな動きを出力します。コイルはエポキシプレートに埋め込まれています。ほとんどの鉄を使わないリニアモーターには、U 字型のトラックが内側に磁石で並んでいます。熱の蓄積により推力が同等の鉄心モーターよりも低く制限される可能性がありますが、一部のメーカーは革新的なチャネルと一次形状でこの問題に対処しています。

整定時間が短いため、鉄のないリニアモーターのダイナミクスがさらに強化され、迅速かつ正確な動作が可能になります。プライマリとセカンダリの間に固有の引力がないため、鉄なしリニア モータは鉄心モータよりも組み立てが簡単です。さらに、サポートベアリングは磁力の影響を受けないため、通常は長持ちします。

リニアモーターは垂直軸や過酷な環境では問題が発生することに注意してください。それは、ブレーキやカウンターウェイトがなければ、リニアモーター (本質的に非接触である) が電源オフの状況でも負荷を降下させるためです。

さらに、一部の過酷な環境では、特に金属部品の加工作業において、リニア モーターに付着する塵や削りくずが発生する可能性があります。ここでは、鉄心リニア モーター (およびその磁石で満たされたトラック) が最も脆弱です。一部のアクチュエータには、鉄芯または鉄を使用しないリニア モーターと、そのような環境で動作する防塵設計が組み込まれています。後者は、伝統的に直線軸を保護していたベローズに関連する問題を解消します。

一体型リニアモーターアクチュエータを選択する場合
リニアモーターアクチュエータの直接駆動の性質により、無数の産業用途の生産性とシステムダイナミクスが向上します。一部のリニア モーター ベースのアクチュエーターには、位置フィードバック用のエンコーダーも含まれており、ベルトやボールネジ ベースのシステムと比較しても、リニア モーターを使いやすくしています。これらのアクチュエータの中には、リニア モータ、ガイド、光学式 (または磁気式) エンコーダを緊密に統合して、電力密度をさらに高めるものもあります。

一部のアクチュエータのエンコーダは水平に取り付けられているため、その位置は外部からの衝撃の影響を受けません。このような構成の中には、230 Vac 入力を使用して 6 m/秒まで動作し、60 m/秒 2 まで加速できるものもあります。移動距離が 2 メートルを超えるモジュールも可能です。標準製品には通常、位置フィードバック用の磁気エンコーダが含まれていますが、より高い精度を得るには光学式エンコーダも利用できます。その他のオプションには、マルチスライダーのセットアップや完全な XY およびガントリー システムが含まれます。

従来のボールねじモジュールと比較して、リニアモーターベースのアクチュエーターは、直接駆動により、多くの推力出力条件下でも優れた精度と速度を実現します。緊密な統合により、生産性と信頼性も向上します。このようなアクチュエータの中には、リニア モーター自体、ベース、アルミニウム スライダーをサポートする幅広のリニア ガイド、および位置フィードバック用の光学スケールが含まれるものもあります。リニアモーターに鉄がない場合は、アルミニウム製のスライダーと組み合わせることで、迅速に加速する軽量設計を形成できます。

一部のコンパクトなリニア モーター アクチュエータには、環境に優しい潤滑を実現する潤滑パッドを内蔵したスライダも含まれています。ここでは、ランナー ブロックの端には密封されたグリース インジェクターが取り付けられており、鋼球の循環によって軌道面に潤滑が行われます。場合によっては、特にストロークが短い軸では、オプションの潤滑パッドで潤滑を追加し、メンテナンスを少なくして長期間の動作を実現できます。

一部のアクチュエータに組み込まれた鉄のないリニア モータもコギングを示さないため、軸はゆっくりまたは速く動いても安定した動作を行うことができます。一部の設計では、光学式リニアエンコーダによる再現性は 2 mm です。一部のアクチュエータは、ストローク 152 ～ 1,490 mm、真直度 6 ～ 30 mm も用意されています。

特別な例: クリーンルーム用途
ストロークが短くサイクル レートが高いアプリケーションに特に適した最後のオプションは、可動部品が磁石とレールであるリニア モーター アクチュエータです。ここでは、ケーブルの移動による切断の問題は発生しません。粉塵の多い環境でも問題はありません。実際、アクチュエータは真空環境やクリーンルームでも良好に動作します。これは、コイルが固定されているため、取り付け構造に熱が逃げやすいためです。このようなリニア モーター アクチュエータの中には、94.2 または 188.3 N の連続力と 242.1 または 484.2 N のピーク力を出力するものがあります。バージョンに応じて、3.5、7、または 14 A の連続電流を受け入れます。ストロークは430mmに達します。

リニアモーターステージを指定するパラメータ
リニア モーターに基づいたアクチュエータまたはステージを指定する場合は、設計の動作プロファイルの各部分について次の基準を考慮してください。

• 既知の運動状態は何ですか?
• 負荷の質量、システム質量、有効ストローク、移動時間、滞留時間はどれくらいですか?
・駆動条件、最大出力電圧、連続電流、ピーク電流は何ですか？
• セットアップにはどのような種類のエンコーダ解像度が必要ですか?アナログにするべきですか、それともデジタルにするべきですか？
• アクチュエータまたはステージはどのような作業環境で動作しますか?室温は何度になるでしょうか？機械は真空またはクリーンルーム条件にさらされますか?
• 動作精度と位置決め精度に対するアプリケーションの要件は何ですか?
• リニアモーターアクチュエータまたはステージは、荷重を水平、垂直、または斜めに移動しますか?セットアップは壁に取り付けられますか?スペースの制約がありますか?

これらの質問に答えることは、設計エンジニアが特定の機械に最適なリニア モーターの繰り返しを特定するのに役立ちます。