베이스 플레이트, 선형 모터, 선형 가이드, 인코더 및 제어 장치를 포함한 완전한 선형 모터 스테이지입니다.

직접 구동 리니어 서보 모터는 지난 몇 년 동안 최종 사용자의 높은 처리량과 정밀성에 대한 요구 덕분에 눈에 띄는 도입 증가를 보였습니다. 리니어 모터는 다른 구동 메커니즘으로는 불가능한 고속, 긴 스트로크, 그리고 뛰어난 위치 정확도를 제공하는 것으로 널리 알려져 있지만, 매우 느리고 부드럽고 정밀한 동작을 구현할 수도 있습니다. 실제로 리니어 모터 기술은 추력, 속도, 가속도, 위치 정확도, 반복성 등 매우 광범위한 기능을 제공하기 때문에 리니어 모터가 적합하지 않은 응용 분야는 거의 없습니다.

선형 모터의 종류에는 선형 서보 모터, 선형 스테퍼 모터, 선형 유도 모터, 그리고 추력관 선형 모터가 있습니다. 선형 서보 모터가 특정 어플리케이션에 가장 적합한 선택일 경우, 초기 모터 선택 시 고려해야 할 세 가지 사항은 다음과 같습니다.

"가장 중요한" 고려사항: 철심이냐 무철심이냐?
선형 직접 구동 서보 모터는 철심형과 무철심형의 두 가지 주요 유형으로 나뉩니다. 이는 1차 권선(회전 모터의 고정자와 유사)의 권선이 철 적층 스택에 장착되는지 에폭시에 장착되는지에 따라 결정됩니다. 일반적으로 설계 및 선정의 첫 단계는 애플리케이션에 철심형 또는 무철심형 선형 모터가 필요한지 결정하는 것입니다.

철심 선형 모터는 매우 높은 추력이 필요한 용도에 가장 적합합니다. 이는 1차 부품의 적층 구조에 전자기 플럭스를 2차 부품의 자석 쪽으로 집중시키는 톱니(돌출부)가 있기 때문입니다(회전 모터의 회전자와 유사). 1차 부품의 철심과 2차 부품의 영구 자석 사이의 이러한 자기 인력 덕분에 모터는 높은 추력을 전달할 수 있습니다.

무철심 선형 모터는 일반적으로 추력 성능이 낮기 때문에 프레스, 기계 가공, 성형과 같은 응용 분야에서 요구되는 매우 높은 추력에는 적합하지 않습니다. 하지만 고속 조립 및 운반에는 탁월한 성능을 발휘합니다.

철심 설계의 단점은 코깅 현상으로, 이는 운동의 부드러움을 저하시킵니다. 코깅은 1차 코일의 슬롯형 설계로 인해 2차 코일의 자석을 따라 이동할 때 "선호하는" 위치에 놓이기 때문에 발생합니다. 1차 코일이 2차 코일의 자석과 정렬되는 경향을 극복하기 위해 모터는 더 많은 힘을 발생시켜야 하는데, 이로 인해 코깅이라고 하는 속도 리플이 발생합니다. 이러한 힘과 속도 리플의 변화는 운동의 부드러움을 저하시키며, 이는 최종 위치 정확도뿐만 아니라 이동 중 운동의 품질이 중요한 응용 분야에서 심각한 문제가 될 수 있습니다.

제조업체는 코깅을 줄이기 위해 다양한 방법을 사용합니다. 한 가지 일반적인 방법은 자석(또는 톱니)의 위치를 ​​기울여 주 자석이 부 자석을 통과할 때 더 부드러운 이동을 만드는 것입니다. 자석의 모양을 길쭉한 팔각형으로 변경하면 비슷한 효과를 얻을 수 있습니다.

코깅을 줄이는 또 다른 방법은 부분 권선(fractional winding)입니다. 이 설계에서는 1차 권선에 2차 권선의 자석보다 많은 적층 톱니가 있으며, 적층 스택은 특수한 형태를 갖습니다. 이 두 가지 수정은 코깅을 상쇄하는 역할을 합니다. 물론 소프트웨어는 항상 해결책을 제공합니다. 코깅 방지 알고리즘을 통해 서보 드라이브와 컨트롤러는 1차 권선에 공급되는 전류를 조절하여 힘과 속도의 변화를 최소화할 수 있습니다.

무철심 선형 모터는 1차 코일이 강철 적층판에 감겨 있는 대신 에폭시로 캡슐화되어 있어 코깅 현상이 발생하지 않습니다. 또한 무철심 선형 서보 모터는 질량이 더 가볍기 때문에(에폭시는 강철보다 가볍지만 강도는 떨어짐) 전기기계 시스템에서 볼 수 있는 가장 높은 가속, 감속 및 최대 속도 값을 달성할 수 있습니다. 무철심 모터는 일반적으로 철심 모터보다 정착 시간이 더 짧습니다. 1차 코일에 강철이 없고 코깅이나 속도 리플이 없기 때문에 무철심 선형 모터는 일반적으로 속도 변화가 0.01% 미만인 매우 느리고 안정적인 동작을 제공할 수 있습니다.

어떤 수준의 통합인가요?
회전 모터와 마찬가지로 선형 서보 모터는 모션 시스템의 한 구성 요소일 뿐입니다. 완전한 선형 모터 시스템에는 부하를 지지하고 안내하는 베어링, 케이블 관리, 피드백(일반적으로 선형 인코더), 그리고 서보 드라이브와 컨트롤러가 필요합니다. 고도로 숙련된 OEM 및 기계 제조업체, 또는 매우 독특한 설계 또는 성능 요구 사항을 가진 제조업체는 자체 역량과 다양한 제조업체의 기성 부품을 활용하여 완전한 시스템을 구축할 수 있습니다.

선형 모터 시스템 설계는 벨트, 랙 앤 피니언, 또는 나사 기반 시스템 설계보다 훨씬 간단하다고 할 수 있습니다. 부품 수가 적고 노동 집약적인 조립 단계도 줄어듭니다(볼 스크류 지지대 정렬이나 벨트 장력 조정이 필요 없음). 또한 선형 모터는 비접촉식이므로 설계자는 구동 장치의 윤활, 조정 또는 기타 유지 보수에 대해 걱정할 필요가 없습니다. 하지만 턴키 솔루션을 원하는 OEM 및 기계 제조업체에게는 완전한 선형 모터 구동 액추에이터, 고정밀 스테이지, 심지어 직교 좌표 및 갠트리 시스템에 대한 다양한 옵션이 있습니다.

이 환경은 선형 모터에 적합한가요?
선형 모터는 클린룸이나 진공 환경과 같이 가동 부품이 적고 거의 모든 유형의 선형 가이드 또는 케이블 관리 시스템과 결합하여 해당 애플리케이션의 입자 발생, 가스 배출 및 온도 요구 사항을 충족할 수 있기 때문에 까다로운 환경에서 선호되는 솔루션입니다. 극단적인 경우에는 2차 부품(자석 트랙)을 가동 부품으로 사용하고 1차 부품(권선, 케이블 및 케이블 관리 포함)은 고정된 상태로 유지할 수 있습니다.

하지만 환경에 금속 조각, 금속 먼지 또는 금속 입자가 있는 경우, 리니어 서보 모터는 최선의 선택이 아닐 수 있습니다. 특히 철심형 리니어 모터의 경우, 설계 자체가 개방형이어서 자석 트랙이 오염에 노출되기 때문에 더욱 그렇습니다. 무철심형 리니어 모터의 반밀폐형 설계는 보호 성능이 더 뛰어나지만, 2차측 슬롯이 오염원에 직접 노출되지 않도록 주의해야 합니다. 철심형 리니어 모터와 무철심형 리니어 모터를 모두 밀폐형으로 설계할 수 있지만, 이러한 설계는 모터의 열 발산 능력을 저하시켜 한 가지 문제를 다른 문제로 대체할 수 있습니다.