선형 모터는 기존의 회전식 모터 구동 선형 액추에이터에 비해 더 빠르고 정확하며 안정적인 성능으로 모션 제어의 가능성을 재정의했습니다. 리니어 모터의 독특한 특성은 기계적 동력 전달 구성 요소 없이 부하가 이동한다는 것입니다. 대신, 모터 코일의 자기장에 의해 생성된 선형 힘이 부하에 직접 결합됩니다. 이는 회전 운동을 선형으로 변환하는 기계 장치를 제거하여 시스템의 수명, 정밀도, 속도 및 전반적인 성능을 향상시킵니다.

생산성 향상, 제품 품질 향상, 신속한 개발 시간 및 엔지니어링 비용 절감에 대한 요구가 증가함에 따라 모듈식 선형 모터 설계를 활용하여 선형 모터 기술을 채택하는 것이 점점 더 대중화되고 있습니다. 계측, 정밀 절단 시스템, 반도체 및 전자 제조 장비, 웨이퍼 처리, 리소그래피, 비전 검사 시스템, 의료 장비 및 장치, 테스트 시스템, 항공우주 및 방위, 조립 라인 자동화, 인쇄 및 포장 응용 분야 및 기타 여러 응용 분야에서 사용됩니다. 높은 처리량과 고정밀 직선 운동이 요구되는 분야.

선형 모터 설계의 구성 요소는 높은 정밀도와 반복 가능한 프로세스를 통해 가공 및 조립되어야 합니다. 이러한 부품을 적절하게 정렬하는 것이 중요하며 상당한 설계 세부 사항과 조립 기술이 필요합니다.

오늘날 차세대 모듈형 리니어 모터가 판도를 바꿔 놓았습니다. 턴키 모듈형 선형 모터는 시스템에 쉽게 볼트로 고정할 수 있으며 즉시 작동할 수 있어 엔지니어링 시간이 크게 단축됩니다. 이제 엔지니어는 몇 달 또는 몇 년이 아닌 단 며칠 만에 모듈형 선형 모터 기술의 강력한 이점을 기계 설계에 활용할 수 있습니다.

9가지 주요 구성 요소는 선형 모터 시스템으로 구성됩니다.

1. 베이스 플레이트
2. 모터 코일
3. 영구 자석 트랙(일반적으로 네오디뮴 자석)
4. 모터 코일을 부하에 연결하는 캐리지
5. 캐리지가 가이드되어 베이스에 연결되는 선형 베어링 레일
6. 위치 피드백을 위한 선형 인코더
7. 최종 정지
8. 케이블 트랙
9. 자석 트랙, 인코더 및 선형 레일을 환경 오염으로부터 보호하기 위한 벨로우즈 옵션.

제어 루프

선형 모터 설계의 구성 요소는 높은 정밀도와 반복 가능한 프로세스를 통해 가공 및 조립되어야 합니다. 이러한 부품을 적절하게 정렬하는 것이 중요하며 상당한 설계 세부 사항과 조립 기술이 필요합니다. 예를 들어, 자기 트랙과 이동 모터 코일은 평평하고 평행해야 하며, 둘 사이에 특정 에어 갭을 두고 장착되어야 합니다. 움직이는 코일은 자기 트랙 위의 평행 정밀 선형 베어링 레일에 연결된 캐리지를 타고 이동합니다. 선형 스케일과 읽기 헤드가 있는 위치 인코더는 적절한 정렬 절차와 최대 5G의 가속도를 견딜 수 있는 견고한 장착 설계가 필요한 선형 모터의 또 다른 중요한 부분입니다. 모듈형 리니어 모터를 사용하면 이러한 세부 사항이 이미 고려되어 사전 설계되어 있습니다.

그림과 같은 모듈형 선형 모터 시스템은 정밀하고 고속이며 반복 가능한 선형 모션이 필요할 때 사용됩니다. 이 시스템은 볼 스크류, 벨트, 랙 및 피니언 액추에이터를 대체합니다.

선형 모터의 모션을 제어하기 위해 정교한 모션 컨트롤러와 서보 드라이브가 사용됩니다. 선형 모터는 강성과 주파수 응답 측면에서 확실한 이점을 가지고 있습니다. 특정 주파수 범위에서는 기존 볼 스크류보다 10배 이상의 놀라운 강성을 나타냅니다. 이러한 특성을 통해 선형 모터는 외부 방해가 있는 경우에도 높은 위치 및 속도 루프 대역폭을 인상적인 정밀도로 처리할 수 있습니다. 10~100Hz 사이의 공진 주파수가 발생하는 볼 스크류와 달리 선형 모터는 더 높은 주파수에서 작동하여 공진이 위치 루프 대역폭을 훨씬 넘어섭니다.

그러나 기계식 변속기를 제거하는 것과 관련된 절충안이 있습니다. 볼 스크류와 같은 기계 구성 요소는 기계 힘, 고유 공진 주파수 또는 교차 축 진동으로 인한 교란을 줄이는 데 도움이 됩니다. 이를 제거하면 선형 모터가 이러한 중단에 직접 노출됩니다. 결과적으로 이러한 장애를 보상하는 것은 모션 컨트롤러와 드라이브 전자 장치의 책임이 되며, 서보 축에 직접 작용하여 정면으로 문제를 해결해야 합니다. 공진을 제거하고 놀라운 위치 루프 제어를 제공하기 위해 오늘날의 정교한 폐쇄 루프 모션 알고리즘이 작동하는 곳이 바로 여기입니다.

리니어 액추에이터 영역에서 리니어 모터는 탁월한 기술력을 제공합니다. 뛰어난 강성을 나타내고 더 높은 주파수에서 작동하는 모터의 능력은 기존의 대안과 차별화됩니다. 공진 주파수를 무시하고 외부 방해가 있는 경우에도 높은 정밀도를 유지함으로써 선형 모터는 강력한 솔루션을 제공합니다.

그럼에도 불구하고 기계적 변속기가 없기 때문에 방해에 대응하기 위한 강력한 보상 전략이 필요하며 시스템의 지속적인 성능과 신뢰성을 보장합니다. 속도 및 위치 루프의 모션 컨트롤러 샘플링 주파수는 일반적으로 5kHz에서 시작됩니다. 선형 모터 축은 1kHz 또는 2kHz 주파수가 허용되는 기존 회전식 모터 구동 축의 위치 루프 대역폭의 5~10배를 가질 수 있습니다. 일부 현재 모션 컨트롤러는 20kHz 이상의 샘플링 속도를 지원하므로 초고속 피드백 제어 및 초정밀 경로 제어가 가능합니다.

대부분의 모듈형 선형 모터 제조업체는 모션 제어 및 서보 전문가이기 때문에 많은 제어 루프 문제와 기계적 공진 문제도 잘 고려되었으며 이러한 문제를 완화하기 위한 솔루션과 도구가 제공됩니다.

선형 모터 응용

저는 몇 년 전 혁신적인 프로젝트에 착수한 엔지니어 팀과 함께 리니어 모터를 사용하여 귀중한 경험을 얻었습니다. 바로 세계 최초의 리니어 모터 기반 레이저 절단 기계를 만드는 것입니다. 회전식 서보 모터로 구동되는 기존의 선형 액추에이터 기술은 선형 모터로 달성할 수 있는 고성능 기능을 제공할 수 없었기 때문에 선형 모터를 사용하는 것은 업계를 뒤흔들기에 가장 적합했습니다.

기술을 구현하는 것은 쉬운 일이 아니었습니다. 프로젝트를 조사하면서 우리는 애플리케이션에 상용화되지 않은 선형 모터 성능 사양이 필요하다는 사실을 깨달았습니다. 이에 굴하지 않고 우리는 우리의 응용 분야에 맞게 특별히 선형 모터를 설계하기로 결정했습니다.

우리는 1,000파운드 갠트리 시스템을 1.5G 가속도와 2.5m/초의 빠른 속도로 움직여야 했기 때문에 수많은 과제에 직면했습니다. 즉, 극한의 힘을 생성할 수 있는 선형 모터를 설계해야 했습니다. 우리 팀은 마침내 레이저 절단기의 요구 사항을 충족할 수 있는 선형 모터를 고안할 때까지 연구 개발에 수많은 시간을 쏟아 부었습니다. 14개월 후 마침내 갠트리 시스템을 놀라운 속도, 용이성 및 정밀도로 추진하는 리니어 모터를 본 것은 자랑스러운 순간이었습니다. 달성한 성과는 전례가 없는 수준이었습니다. 당시 턴키 방식의 모듈형 선형 모터를 사용할 수 있었다면 우리의 기계 컨셉이 얼마나 빨리 완성될 수 있었는지 생각해 보면 놀랍습니다.

선형 모터 기술은 90년대 선형 모터 설계 여정을 시작한 이후 크게 발전했습니다. 새로운 모듈식 설계의 도입으로 모션 설계 및 선형 모터의 혁신과 발전 가능성이 그 어느 때보다 커졌습니다. 모듈형 선형 모터는 많은 산업 분야의 광범위한 응용 분야에 이점을 제공하기 위해 신속하게 배포할 수 있는 더 빠르고 정확하며 안정적인 모션 제어 기능을 통해 가능성을 재정의하고 있습니다.