리니어 모터가 확산되고 있습니다. 이는 기계에 절대적인 최고의 정밀도와 동적 성능을 제공합니다.

리니어 모터는 매우 빠르고 정밀한 위치 지정 기능을 제공할 뿐만 아니라 기계 헤드 및 슬라이드는 물론 도구 및 부품 처리 시스템에 대해 느리고 일정한 이동 속도를 제공할 수도 있습니다. 레이저 수술, 시력 검사, 병 및 수하물 취급 등 다양한 응용 분야에서 선형 모터를 사용합니다. 선형 모터는 신뢰성이 매우 높고 유지 관리가 거의 필요하지 않으며 생산 주기를 개선하기 때문입니다.

더 빠른 속도와 힘

선형 모터는 부하에 직접 연결되므로 기계식 커플링, 풀리, 타이밍 벨트, 볼스크류, 체인 드라이브, 랙 및 피니언 등 다양한 커플링 구성 요소가 필요하지 않습니다. 결과적으로 비용이 줄어들고 반발도 줄어듭니다. 선형 모터는 또한 일관된 모션, 수억 사이클에 대한 정밀한 위치 지정 및 더 높은 속도를 허용합니다.

리니어 모터로 달성할 수 있는 일반적인 속도는 다양합니다. 픽 앤 플레이스 기계(짧은 이동이 많음) 및 검사 장비 사용선형 스테퍼최대 60인치/초의 속도; 플라잉 전단 응용 분야 및 더 긴 이동을 수행하는 픽 앤 플레이스 기계톱니바퀴 없는 브러시리스200인치/초의 속도를 위한 선형 모터; 롤러코스터, 차량 발사대, 인력 이동 장치는 선형을 사용합니다.교류 유도모터는 2,000인치/초의 속도를 달성합니다.

어떤 리니어 모터 기술이 가장 좋은지 결정하는 또 다른 요소는 애플리케이션 부하를 이동하는 데 필요한 힘입니다. 응용 프로그램의 가속 프로필과 함께 하중이나 질량이 궁극적으로 이 힘을 결정합니다.

각 애플리케이션에는 서로 다른 과제가 있습니다. 그러나 일반적으로 부분 전달 시스템은 220N 또는 50lb의 힘을 갖는 선형 스테퍼를 사용합니다. 반도체, 레이저 절단, 워터젯 절단 및 로봇 공학은 최대 2,500N의 브러시리스 코그 프리 모터를 사용합니다. 컨베이어 시스템은 최대 2,200N의 선형 AC 유도 모터를 사용합니다. 전송 라인 및 공작 기계는 최대 14,000N의 철심 브러시리스 모터를 사용합니다. 각 응용 분야가 다르며 제조업체 응용 엔지니어가 일반적으로 이 사양 단계에서 지원을 제공한다는 점을 명심하십시오.

속도와 힘 외에 다른 요인도 존재합니다. 예를 들어, 컨베이어 시스템은 이동 길이가 길고 영구 자석이 없는 수동 2차 모터를 갖는 이점 때문에 선형 AC 유도 모터를 사용합니다. 레이저 눈 수술 및 반도체 제조와 같은 응용 분야에서는 이동의 정확성과 부드러움을 위해 브러시리스 코그 프리를 사용합니다.

기본 조작

선형 모터는 회전식 모터에서 토크를 생성하는 것과 동일한 기본 상호 작용인 두 전자석 힘의 상호 작용을 통해 작동합니다.

회전 모터를 절단한 다음 평평하게 만든다고 상상해 보십시오. 이는 선형 모터의 기하학적 구조에 대한 대략적인 아이디어를 제공합니다. 토크를 위해 부하를 회전 샤프트에 연결하는 대신 선형 운동과 힘을 위해 부하를 편평하게 움직이는 차량에 연결합니다. 간단히 말해서 토크는 회전 모터가 제공하는 작업의 표현인 반면 힘은 선형 모터 작업의 표현입니다.

정확성

먼저 전통적인 회전식 스테퍼 시스템을 고려해 보겠습니다. 인치당 5회전 피치의 볼스크류에 연결되어 정확도는 약 0.004~0.008인치 또는 0.1~0.2mm입니다. 서보모터로 구동되는 회전 시스템의 정확도는 0.001~0.0001인치입니다.

이와 대조적으로 부하에 직접 연결된 선형 모터는 0.0007~0.000008인치 범위의 정확도를 제공합니다. 커플링 및 볼스크류 백래시는 이 그림에 포함되지 않았으며 이로 인해 회전 시스템의 정확도가 더욱 저하됩니다.

상대 정확도는 다양합니다. 여기서 자세히 설명하는 일반적인 회전식 스테퍼는 여전히 사람 머리카락 직경 내에서 정확하게 위치를 지정할 수 있습니다. 즉, 서보는 이를 최대 80배까지 향상시키는 반면, 선형 모터는 이를 인간 머리카락 직경보다 500배 더 작게 향상시킬 수 있습니다.

때로는 유지 관리 및 비용(장비 수명 동안)이 정확성보다 더 중요한 고려 사항입니다. 선형 모터는 이 분야에서도 탁월합니다. 비접촉 부품이 기계 작동을 향상시키고 평균 고장 간격을 늘리므로 선형 모터를 사용하면 일반적으로 유지 관리 비용이 감소합니다. 또한, 리니어 모터의 백래시 제로는 충격을 제거하여 기계 수명을 더욱 연장시킵니다. 기타 이점: 유지 관리 주기 사이의 시간을 늘려 더 많은 작업 흐름을 허용할 수 있습니다. 유지 관리 비용과 관련 인력이 줄어들어 수익성이 향상되고 장비 수명 전반에 걸쳐 소유 비용이 절감됩니다.

비교된 이점

애플리케이션에는 선형 이동이 필요합니다. 회전 모터를 사용하는 경우 회전을 선형 운동으로 변환하려면 기계적 변환 메커니즘이 필요합니다. 여기에서 설계자는 제한을 최소화하면서 애플리케이션에 가장 적합한 변환 메커니즘을 선택합니다.

• 선형 모터 대 벨트 및 풀리:회전 모터에서 선형 운동을 얻기 위한 일반적인 접근 방식은 벨트와 풀리를 사용하는 것입니다. 일반적으로 추력은 벨트 인장 강도에 의해 제한됩니다. 급격하게 시작하고 멈추면 벨트가 늘어나 공진이 발생하여 안정 시간이 길어질 수 있습니다. 기계적 와인드업, 백래시 및 벨트 늘어남도 반복성, 정확성 및 기계 처리량을 저하시킵니다. 속도와 반복성은 서보 모션의 핵심이기 때문에 이것이 최선의 선택은 아닙니다. 벨트 풀리 설계가 3m/초에 도달할 수 있는 경우 선형은 10m/초에 도달할 수 있습니다. 백래시나 와인드업이 없는 직접 구동 선형 모터는 반복성과 정확성을 더욱 향상시킵니다.
• 선형 모터 대 랙 앤 피니언:랙 앤 피니언은 벨트 앤 풀리 설계보다 더 많은 추력과 기계적 강성을 제공합니다. 그러나 시간이 지남에 따라 양방향 마모로 인해 반복성이 의심스럽고 부정확해집니다. 이는 이 메커니즘의 주요 단점입니다. 백래시는 모터 피드백이 실제 부하 위치를 감지하지 못하게 하여 불안정성을 초래하고 이득이 낮아지고 전체 성능이 느려집니다. 이와 대조적으로 선형 모터로 구동되는 기계는 더 빠르고 위치가 더 정확합니다.
• 선형 모터 대 볼스크류:회전 운동을 선형 운동으로 변환하는 가장 일반적인 접근 방식은 리드 또는 볼스크류를 사용하는 것입니다. 가격은 저렴하지만 효율이 낮습니다. 리드 나사는 일반적으로 50% 이하이고 볼 나사는 약 90%입니다. 마찰이 높으면 열이 발생하고 장기간 마모되면 정확도가 떨어집니다. 이동 거리는 기계적으로 제한됩니다. 또한 선형 속도 제한은 피치를 증가시켜서만 확장할 수 있지만 이로 인해 위치 분해능이 저하됩니다. 회전 속도가 너무 높으면 나사가 휘어져 진동이 발생할 수도 있습니다. 선형 모터는 길고 무제한의 이동을 제공합니다. 부하에 엔코더가 있는 경우 장기 정확도는 일반적으로 ±5 µm/300 mm입니다.

기본 선형 모터 유형

다양한 회전 모터 기술이 있듯이 스테퍼, 브러시리스, 선형 AC 유도 등 다양한 선형 모터 유형도 있습니다. 선형 기술은 업계에서 일반적으로 사용할 수 있는 드라이브(증폭기)와 포지셔너(모션 컨트롤러) 및 피드백 장치(예: 홀 센서 및 인코더)를 활용합니다.

많은 설계에 맞춤형 선형 모터가 도움이 되지만 일반적으로 기본 설계가 적합합니다.

브러시리스 철심 선형 모터자속을 전달하기 위해 이동 포서에 강철 적층을 적용한 것이 특징입니다. 이 모터 유형은 더 높은 힘 정격을 갖고 더 효율적이지만, 비슷한 크기의 톱니바퀴 없는 모터보다 무게가 3~5배 더 큽니다. 고정 압반은 니켈 냉간 압연 강판에 접합된 다극 교번 극성 영구 자석으로 구성됩니다. 그러나 이동 포서의 강철 적층은 고정 플래튼의 자석과 반응하여 "흡인력"을 발생시키고 모터가 한 자기장에서 다른 자기장으로 이동할 때 속도 변화를 초래하는 소량의 코깅 또는 리플을 나타냅니다.

이러한 모터는 많은 양의 피크 힘을 발생시키고, 더 큰 열 질량과 긴 열 시간 상수를 갖습니다. 따라서 전송 라인 및 공작 기계에서와 같이 매우 무거운 하중을 이동하는 고출력, 간헐적인 듀티 사이클 응용 분야에 적합합니다. 이는 무제한 이동을 위해 설계되었으며 궤적이 겹치는 여러 개의 이동 플래튼을 포함할 수 있습니다.

브러시리스 코그 프리 모터강철 적층 없이 이동 포서에 코일 어셈블리가 있습니다. 코일은 와이어, 에폭시 및 비자성 지지 구조로 구성됩니다. 이 장치는 무게가 훨씬 가볍습니다. 기본 설계는 더 적은 양의 힘을 생성하므로 추가 자석이 고정 트랙에 삽입되고(힘 증가에 도움) 트랙은 이 U의 양쪽에 자석이 있는 U자 모양입니다. Forcer는 U의 중앙에 삽입됩니다. .

이 모터는 스캐닝이나 검사 장비 등 자기 코깅 없이 원활한 작동이 필요한 응용 분야에 적합합니다. 더 높은 가속도는 반도체 픽 앤 플레이스, 칩 분류, 납땜 및 접착제 디스펜싱에 유용합니다. 이 모터는 무제한 이동을 위해 설계되었습니다.

선형 스테퍼오랫동안 사용 가능했습니다. 이동 포서(moving forcer)는 톱니가 정확하게 홈이 파인 적층 강철 코어, 단일 영구 자석, 적층 코어에 삽입된 코일로 구성됩니다. (두 개의 코일로 인해 2단계 스테퍼가 생성됩니다.) 이 어셈블리는 알루미늄 하우징에 캡슐화되어 있습니다.

고정 플래튼은 연마되고 니켈 도금된 강철 막대에 광화학적으로 에칭된 톱니로 구성됩니다. 길이에 제한 없이 끝에서 끝까지 쌓을 수 있습니다. 모터에는 포서, 베어링, 플래튼이 모두 포함되어 있습니다. 자석의 인력은 베어링의 예압으로 사용됩니다. 또한 다양한 용도로 장치를 거꾸로 된 위치에서 작동할 수도 있습니다.

AC 유도 모터강철 적층과 위상 권선으로 구성된 코일 어셈블리인 포서로 구성됩니다. 권선은 단상 또는 3상일 수 있습니다. 이를 통해 직접 온라인 제어가 가능하거나 인버터나 벡터 드라이브를 통한 제어가 가능합니다. 고정 플래튼(반응 플레이트라고 함)은 일반적으로 냉간 압연 강판에 접착된 알루미늄 또는 구리의 얇은 층으로 구성됩니다.

포서 코일에 전원이 공급되면 반응판과 상호 작용하여 움직입니다. 더 빠른 속도와 무제한의 이동 길이가 이 디자인의 강점입니다. 자재 취급, 인력 이동 장치, 컨베이어 및 슬라이딩 게이트에 사용됩니다.

새로운 디자인 컨셉

최신 디자인 개선 사항 중 일부는 리엔지니어링을 통해 구현되었습니다. 예를 들어, 일부 선형 스테퍼 모터(원래 한 평면에서 모션을 제공하도록 설계됨)는 이제 XY 모션을 위해 두 평면에서 모션을 제공하도록 재설계되었습니다. 여기서 무빙 포서는 90° 직교로 장착된 두 개의 선형 스테퍼로 구성되어 하나는 X축 모션을 제공하고 다른 하나는 Y축 모션을 제공합니다. 중첩되는 궤적을 가진 여러 Forcer도 가능합니다.

이러한 2면 모터에서 고정 플랫폼(또는 플래튼)은 강도를 위해 새로운 복합 구조를 활용합니다. 강성도 향상되어 처짐이 기존 생산 모델에 비해 60~80% 감소합니다. 압반 평탄도는 300mm당 14미크론을 초과하여 정확한 이동을 보장합니다. 마지막으로: 스테퍼에는 자연스러운 인력이 있기 때문에 이 개념을 사용하면 압반을 앞면이 위를 향하거나 거꾸로 장착할 수 있으므로 응용 분야에 대한 다양성과 유연성을 제공할 수 있습니다.

또 다른 엔지니어링 혁신인 수냉식은 선형 AC 유도 모터의 힘 성능을 25% 확장합니다. 이러한 기능 확장과 무제한 이동 길이의 이점을 통해 AC 유도 모터는 놀이기구, 수하물 처리 및 인력 이동과 같은 다양한 응용 분야에 최고의 성능을 제공합니다. 속도는 현재 업계에서 이용 가능한 조정 가능한 속도 드라이브를 통해 가변적입니다(6 ~ 2,000인치/초).

또 다른 모터에는 모션을 제공하는 선형 이동 부품이 있는 고정 원통형 하우징이 포함되어 있습니다. 움직이는 부분은 구리를 입힌 강철로 구성된 막대, 움직이는 코일 또는 실린더 내의 피스톤과 같은 움직이는 자석일 수 있습니다.

이러한 설계는 선형 모터의 장점과 선형 액추에이터와 유사한 성능을 제공합니다. 응용 분야에는 생의학 대장 내시경, 셔터가 긴 액추에이터가 있는 카메라, 진동 감쇠가 필요한 망원경, 리소그래피 초점 모터, 발전기를 온라인으로 전환하기 위해 차단기를 던지는 발전기 스위치 기어, 토르티야를 찍을 때와 같은 식품 압착 등이 포함됩니다.

완전한 선형 모터 패키지 또는 스테이지는 페이로드 위치 지정에 적합합니다. 이는 모터, 피드백 엔코더, 리미트 스위치 및 케이블 캐리어로 구성됩니다. 다축 이동을 위해 스테이지를 쌓는 것이 가능합니다.

선형 스테이지의 한 가지 장점은 낮은 프로파일로 인해 기존 포지셔너에 비해 더 작은 공간에 적합할 수 있다는 것입니다. 구성 요소 수가 적어 신뢰성이 향상됩니다. 여기서 모터는 일반 드라이브에 연결됩니다. 폐쇄 루프 작동에서 위치 루프는 모션 컨트롤러로 폐쇄됩니다.

다시 말하지만, 재고 제품 외에도 맞춤형 및 특수 디자인이 많이 있습니다. 결국 애플리케이션 요구 사항에 적합한 최적의 선형 제품을 결정하려면 애플리케이션 엔지니어와 함께 장비 요구 사항을 검토하는 것이 가장 좋습니다.