선형 모터와 액추에이터는 이제 볼스크류 및 벨트 드라이브와 가격 경쟁력을 갖추었으며, 고급 위치 결정 애플리케이션에 탁월한 민첩성과 대역폭을 제공합니다. 새로운 마이크로 모터와 액추에이터는 이전에는 불가능했던 작업의 자동화를 지원합니다. 직접 선형 드라이브는 서보 제어 공압 실린더를 점차 대체하여 신뢰성과 제어성을 향상시키고, 공기 압축기의 비용, 소음 및 유지 보수 부담을 덜어줍니다.

반도체 산업의 요구에 힘입어 선형 모터 제조업체들은 꾸준히 정밀도를 높이고, 가격을 낮추고, 다양한 모터 유형을 개발하고, 자동화 장비와의 통합을 간소화해 왔습니다. 최신 선형 모터는 최대 20g의 가속도와 초당 10미터의 속도를 제공하며, 탁월한 동적 민첩성을 제공하고, 유지보수를 최소화하며, 가동 시간을 늘려줍니다. 이러한 선형 모터는 반도체 산업의 특수 용도를 넘어 다양한 애플리케이션에서 고급 성능을 제공합니다.

볼스크류보다 속도와 작동 수명이 10배 빠른 선형 직접 구동 기술은 생산성 향상 자동화를 위한 유일한 솔루션인 경우가 많습니다.

역동적인 우월성

기존 포지셔닝 메커니즘의 동적 성능은 리드 스크류, 기어 트레인, 벨트 드라이브, 그리고 플렉시블 커플링에 의해 제한되며, 이는 히스테리시스, 백래시, 그리고 마모를 유발합니다. 마찬가지로, 공압 액추에이터는 피스톤 질량, 피스톤-실린더 마찰, 그리고 공기 압축성으로 인해 서보 제어가 복잡해집니다. 선형 모터와 액추에이터는 기존 포지셔너의 질량과 관성을 제거하고, 이러한 근본적인 한계에서 벗어나 탁월한 동적 강성을 제공합니다.

직접 구동력 생성을 통해 선형 모터와 액추에이터는 다른 위치 제어 메커니즘으로는 불가능한 폐루프 대역폭을 확보할 수 있습니다. 이 모터와 액추에이터는 최신 컨트롤러의 장점을 최대한 활용할 수 있습니다. 이러한 컨트롤러는 높은 루프 이득 작동에 맞춰 조정되어 넓은 대역폭 제어, 빠른 안정화, 그리고 과도 외란으로부터의 빠른 회복을 달성합니다.

선형 모터와 액추에이터는 정지 마찰 영역에서 작동하는 밀리미터 단위의 이동에 탁월합니다. 질량이 작고 정지 마찰이 최소화되어 이동 시작에 필요한 구동력을 최소화하고, 정지 시 오버슈트를 방지하는 제어 시스템의 작업을 간소화합니다. 이러한 특성 덕분에 직접 구동 모터와 액추에이터는 예를 들어 현미경 슬라이드를 스캔하고 단 밀리미터 간격으로 아티팩트의 XY 위치를 표시할 수 있습니다.

빠른 반복 동작이 필요한 애플리케이션에서는 선형 액추에이터의 높은 대역폭을 활용하여 볼스크류나 벨트 드라이브의 처리량을 두 배로 높일 수 있습니다. 재료 롤(종이, 플라스틱, 심지어 기저귀까지)을 길이에 맞게 절단하는 기계는 재료 흐름을 중단하지 않고 작동하여 처리량을 극대화합니다. 이러한 기계는 즉석 절단을 위해 절단 블레이드를 가속하여 재료 흐름에 맞춰 절단 위치로 이동한 후 재료 속도로 이동하여 절단을 시작합니다. 절단 후 블레이드는 시작 지점으로 복귀하여 다음 왕복 절단 사이클을 기다립니다.

선형 모터 유형

세 가지 기본 선형 모터 구성, 즉 플랫베드, U-채널, 튜블러 모터를 사용할 수 있습니다. 각 모터는 고유한 장점과 한계를 가지고 있습니다.

플랫베드 모터는 무한한 이동 거리와 최고의 구동력을 제공하지만, 하중 지지 포서와 모터의 영구 자석 트랙 사이에 상당하고 바람직하지 않은 자기 인력을 가합니다. 이러한 인력에는 추가 하중을 지지하는 베어링이 필요합니다.

U-채널 모터는 무철심 코어를 사용하여 관성이 낮아 민첩성이 극대화됩니다. 그러나 포서의 부하를 지탱하는 자기 코일이 U-채널 프레임 내부 깊숙이 위치하여 열 방출이 제한됩니다.

튜브형 선형 모터는 견고하고 열 효율이 높으며 설치가 가장 간편합니다. 볼스크류 및 공압식 포지셔너를 즉시 교체할 수 있습니다. 튜브형 모터의 영구 자석은 스테인리스 스틸 튜브(스러스트 로드)에 둘러싸여 있으며, 양쪽 끝이 지지됩니다. 스러스트 로드 지지대가 없으면 하중 이동 거리는 스러스트 로드 직경에 따라 2~3미터로 제한됩니다.

세 가지 모터 유형 중 튜블러 모터는 일반 산업용으로 가장 적합합니다. 튜블러 리니어 모터는 근본적인 엔지니어링 혁신을 통해 큰 이점을 얻었습니다. 코플리 컨트롤즈(Copley Controls)의 리니어 모터는 기존의 외부 리니어 인코더를 통합 홀 센서로 대체합니다. 특허받은 자기 회로를 통해 홀 효과 센서는 분해능과 반복성을 거의 10배 향상시킵니다.

선형 인코더는 선형 모터 자체만큼이나 비용이 많이 들 수 있으므로, 이를 제거하면 상당한 비용 절감 효과를 얻을 수 있습니다. 또한, 지원 및 정렬이 까다로운 인코더가 없어 자동화 시스템에 선형 모터를 통합하는 과정이 간소화됩니다. 그 외에도 견고성, 신뢰성, 그리고 인코더의 보호 환경 요구 사항에서 자유롭다는 장점이 있습니다.

튜브형 선형 모터는 강력하고 다재다능한 직접 구동 선형 액추에이터로 변형될 수 있습니다. 액추에이터 형태로 구현된 경우, 포서는 기계 프레임에 볼트로 고정된 상태로 유지되고, 하중 위치 조정 스러스트 로드는 포서 내부에 장착된 저마찰 무윤활 베어링 위를 이동합니다. 볼 스크류와 벨트 드라이브보다 성능이 뛰어날 뿐만 아니라, 선형 액추에이터는 프로그래밍 가능한 서보-공압 위치 결정 시스템에 비해 성능이 더욱 뛰어난 대안입니다.

관형 선형 모터는 하나의 추력 막대에서 작동하는 두 개의 독립적인 포서(Forcer)를 사용하여 생산성을 두 배로 높이는 애플리케이션에 적합합니다. 각 포서는 자체 서보 드라이브를 가지고 있으며, 다른 포서와는 완전히 독립적으로 작동할 수 있습니다. 예를 들어, 한 포서는 적재 작업을 하는 동안 다른 포서는 하역 작업을 할 수 있습니다. 이 기술은 고속 컨베이어에서 한 번에 두 개의 품목을 들어 올려 두 번째 컨베이어에 정밀하게 배치함으로써 처리량을 두 배로 늘릴 수 있습니다.

마찬가지로, 하나의 추력봉에 작동하는 여러 개의 포서는 구동력을 두 배, 세 배, 심지어 네 배까지 증가시킬 수 있습니다. 포서는 하나의 컨트롤러로 작동할 수 있습니다.

선형 모터의 하중 지지 포서는 장수명 단일 레일 베어링으로 ​​구동됩니다. 반면, 볼스크류 회전-선형 변환 장치는 추가적인 마모원을 발생시켜 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다.

선형 액추에이터 스러스트 로드는 포서에 장착된 장수명 무급유 베어링 위에서 미끄러집니다. 이러한 단순성 덕분에 액추에이터는 1천만 회의 작동 사이클을 제공할 수 있습니다. 액추에이터 베어링은 자동 정렬 기능을 갖추고 있어 설치가 간편합니다. 액추에이터 구동력은 스러스트 로드에 직접 작용하여 가속 및 반응성을 향상시킵니다.

외부 인코더를 포서에 내장된 솔리드 스테이트 센서로 대체함으로써 직접 구동 모터와 액추에이터는 매우 단순한 2부품 장치로 전환됩니다. 포서와 스러스트 로드는 모두 본질적으로 매우 견고한 부품으로, 모터와 액추에이터가 국제 IP67 세척 등급을 준수할 수 있도록 합니다.

기어의 마찰음과 리드 스크류의 회전이 없기 때문에 선형 모터와 액추에이터는 저소음 작동이라는 점점 더 중요한 요건을 갖추게 되었습니다. OSHA는 작업장 소음에 대한 규정을 점점 더 엄격하게 적용하는 유럽 산업 규정을 바로 따르고 있습니다. 실험실과 병원 환경에서는 이미 저소음 작동이 매우 중요하며, OSHA가 이 규정을 다른 생산 환경으로 확대함에 따라 이러한 우려는 더욱 커질 것입니다.