선형 모터와 액추에이터는 이제 볼 스크류 및 벨트 드라이브와 가격 경쟁력이 있으며, 고급 위치 제어 애플리케이션에 있어 탁월한 민첩성과 대역폭을 제공합니다. 새로운 마이크로 모터와 액추에이터는 이전에는 불가능했던 작업들을 자동화하는 데 도움을 주고 있습니다. 직접 선형 드라이브는 서보 제어 방식의 공압 실린더를 점차 대체하고 있으며, 공기 압축기의 비용, 소음 및 유지 보수 부담 없이 신뢰성과 제어성을 제공합니다.

반도체 산업의 요구 사항에 힘입어 선형 모터 제조업체들은 정밀도를 꾸준히 향상시키고 가격을 낮추며 다양한 모터 유형을 개발하고 자동화 장비와의 통합을 간소화해 왔습니다. 최신 선형 모터는 최대 20g의 가속도와 10m/s의 속도를 제공하며, 탁월한 동적 민첩성을 제공하고 유지보수를 최소화하며 가동 시간을 극대화합니다. 이제 반도체 산업이라는 특수 용도를 넘어 다양한 응용 분야에서 향상된 성능을 제공하고 있습니다.

볼 스크류보다 10배 빠른 속도와 긴 수명을 자랑하는 선형 직접 구동 기술은 생산성 향상 자동화를 위한 유일한 해결책인 경우가 많습니다.

역동적 우월성

기존 위치 결정 메커니즘의 동적 성능은 리드 스크류, 기어 트레인, 벨트 드라이브 및 플렉시블 커플링으로 인해 제한되며, 이러한 부품들은 히스테리시스, 백래시 및 마모를 유발합니다. 마찬가지로, 공압 액추에이터는 피스톤 질량과 피스톤-실린더 마찰, 그리고 공기 압축성으로 인해 서보 제어가 복잡해지는 문제점을 안고 있습니다. 선형 모터와 액추에이터는 기존 위치 결정 장치의 질량과 관성을 제거하고 이러한 근본적인 한계에서 벗어나 탁월한 동적 강성을 제공합니다.

직접 구동력 생성 방식은 선형 모터와 액추에이터가 다른 위치 제어 메커니즘으로는 불가능한 폐루프 대역폭을 달성할 수 있도록 합니다. 모터와 액추에이터는 최신 제어기의 이점을 최대한 활용할 수 있습니다. 이러한 제어기는 높은 루프 이득 동작에 맞춰 조정되어 넓은 대역폭 제어, 빠른 안정화 및 과도 교란으로부터의 신속한 복구를 가능하게 합니다.

선형 모터와 액추에이터는 정지 마찰 영역에서 작동하는 수 밀리미터 단위의 정밀한 이동에 탁월합니다. 낮은 질량과 최소한의 정지 마찰 덕분에 이동을 시작하는 데 필요한 구동력이 최소화되고, 정지 시 오버슈트를 방지하는 제어 시스템의 역할이 간소화됩니다. 이러한 특성 덕분에 직접 구동 모터와 액추에이터는 현미경 슬라이드를 스캔하고, 예를 들어 아티팩트의 XY 위치를 수 밀리미터 간격으로 정밀하게 측정할 수 있습니다.

빠른 반복 동작이 필요한 응용 분야에서는 선형 액추에이터의 높은 대역폭을 활용하여 볼스크류나 벨트 드라이브보다 처리량을 두 배로 늘릴 수 있습니다. 종이, 플라스틱, 심지어 기저귀와 같은 재료 롤을 원하는 길이로 절단하는 기계는 재료 흐름을 멈추지 않고 작동함으로써 처리량을 극대화합니다. 이러한 기계는 재료 흐름에 맞춰 절단 날을 가속하고, 재료 속도로 절단 위치까지 이동한 후 절단을 시작합니다. 절단 후, 날은 다음 왕복 절단 주기를 기다리기 위해 시작 위치로 돌아갑니다.

선형 모터 유형

선형 모터에는 크게 평판형, U자형, 원통형의 세 가지 기본 구성이 있습니다. 각 모터는 고유한 장점과 한계를 가지고 있습니다.

평판형 모터는 무제한 이동 거리와 최대 구동력을 제공하지만, 하중을 지탱하는 구동 장치와 모터의 영구 자석 트랙 사이에 상당한 자기 인력이 발생하여 바람직하지 않습니다. 이러한 자기 인력을 지탱하기 위해서는 추가 하중을 견딜 수 있는 베어링이 필요합니다.

철심이 없는 U자형 모터는 관성이 낮아 기동성이 뛰어납니다. 그러나 이 모터의 하중을 전달하는 자기 코일이 U자형 프레임 깊숙이 위치하여 열 방출이 제한됩니다.

튜브형 선형 모터는 견고하고 열효율이 뛰어나며 설치가 가장 간단합니다. 볼스크류 및 공압 포지셔너를 간편하게 대체할 수 있습니다. 튜브형 모터의 영구 자석은 양쪽 끝이 지지된 스테인리스 스틸 튜브(추력봉) 내부에 내장되어 있습니다. 추가적인 추력봉 지지대가 없는 경우, 추력봉 직경에 따라 하중 이동 거리는 2~3미터로 제한됩니다.

세 가지 모터 유형 중 튜브형 모터가 주류 산업 용도에 가장 적합합니다. 튜브형 선형 모터는 근본적인 엔지니어링 혁신을 통해 상당한 이점을 얻었습니다. Copley Controls의 선형 모터는 기존의 외부 선형 엔코더를 통합형 홀 센서로 대체합니다. 특허받은 자기 회로를 통해 홀 효과 센서는 해상도와 반복성을 거의 10배 가까이 향상시킵니다.

선형 엔코더는 선형 모터 자체만큼이나 비쌀 수 있기 때문에, 이를 제거하면 비용을 크게 절감할 수 있습니다. 또한, 까다로운 엔코더를 지원하고 정렬할 필요가 없어지므로 자동화 시스템에 선형 모터를 통합하는 작업이 간소화됩니다. 그 외에도 내구성, 신뢰성 향상, 그리고 엔코더가 보호 환경에 필요하지 않다는 점 등이 장점입니다.

튜브형 선형 모터는 강력하고 다재다능한 직접 구동 선형 액추에이터로 변환될 수 있습니다. 액추에이터 형태에서, 하중을 가하는 부품(포서)은 기계 프레임에 볼트로 고정되어 고정된 상태를 유지하고, 하중 위치 조정용 추력 로드는 포서 내부에 장착된 마찰이 적고 윤활이 필요 없는 베어링 위를 이동합니다. 선형 액추에이터는 볼 스크류 및 벨트 구동 방식보다 우수한 성능을 제공할 뿐만 아니라, 프로그래밍 가능한 서보 공압 위치 조정 시스템보다도 고성능을 제공하는 대안입니다.

튜브형 선형 모터는 단일 추력봉에 두 개의 독립적인 포서가 작동하는 생산성 두 배 향상 애플리케이션에 적합합니다. 각 포서는 자체 서보 드라이브를 갖추고 있으며 서로 완전히 독립적으로 이동할 수 있습니다. 예를 들어, 한 포서는 적재 작업을 하는 동안 다른 포서는 하역 작업을 수행할 수 있습니다. 이 기술은 고속으로 이동하는 컨베이어에서 한 번에 두 개씩 물품을 들어 올려 두 번째 컨베이어에 정확하게 배치함으로써 처리량을 두 배로 늘릴 수 있습니다.

마찬가지로, 하나의 추력봉에 여러 개의 강제 구동 장치를 작동시키면 추진력을 두 배, 세 배, 심지어 네 배까지 늘릴 수 있습니다. 이러한 강제 구동 장치는 하나의 컨트롤러로 작동시킬 수 있습니다.

선형 모터의 하중 지지용 가압기는 수명이 긴 단일 레일 베어링 위를 이동합니다. 이와 대조적으로, 볼스크류 회전-선형 변환 메커니즘은 추가적인 마모 원인이 있어 성능을 저하시키고 수명을 단축시킵니다.

선형 액추에이터의 스러스트 로드는 포서에 장착된 수명이 길고 윤활이 필요 없는 베어링 위에서 부드럽게 움직입니다. 이러한 본질적인 단순성 덕분에 액추에이터는 1천만 회의 작동 사이클을 제공할 수 있습니다. 액추에이터 베어링은 자체 정렬 기능을 갖추고 있어 설치가 간편합니다. 액추에이터 구동력은 스러스트 로드에 직접 전달되어 가속도와 응답성을 향상시킵니다.

외부 엔코더를 포서에 통합된 솔리드 스테이트 센서로 교체함으로써, 직접 구동 모터와 액추에이터는 매우 간단한 2개 구성 요소 장치로 변환됩니다. 포서와 스러스트 로드는 모두 본질적으로 매우 견고한 부품이므로 모터와 액추에이터는 국제 IP67 방수 등급을 충족할 수 있습니다.

기어 마찰이나 리드 스크류 회전 소음이 없는 선형 모터 및 액추에이터는 저소음 작동이라는 점점 더 중요해지는 자격을 갖추게 되었습니다. OSHA는 작업장 소음에 대한 규제를 강화하고 있는 유럽 산업 규정을 바짝 따라가고 있습니다. 조용한 작동은 이미 실험실 및 병원 환경에서 매우 중요하며, OSHA가 이러한 규정을 다른 생산 환경으로 확대함에 따라 그 중요성은 더욱 커질 것입니다.