선형 모터는 전통적인 로터리 모터 드리어 선형 액추에이터에 비해 더 빠르고 정확하며 더 안정적인 성능으로 모션 제어에서 가능한 것을 재정의했습니다. 선형 모터의 고유 한 특성은 기계적 전력 변속기 구성 요소없이 하중이 이동한다는 것입니다. 대신, 모터 코일의 자기장에 의해 생성 된 선형 힘은 하중에 직접 결합된다. 이를 통해 로터리 모션을 선형으로 변환하는 기계 장치를 제거하여 시스템의 수명, 정밀, 속도 및 전반적인 성능을 향상시킵니다.

생산성 향상에 대한 수요가 증가함에 따라 제품 품질이 높아지고, 빠른 개발 시간 및 엔지니어링 비용이 낮아짐에 따라 모듈 식 모터 설계를 활용하여 선형 모터 기술을 채택하는 데 인기가 높아지고 있습니다. 이들은 메트릭, 정밀 절단 시스템, 반도체 및 전자 제조 장비, 웨이퍼 처리, 리소그래피, 비전 검사 시스템, 의료 장비 및 장치, 테스트 시스템, 항공 우주 및 방어, 조립 라인 자동화, 인쇄 및 포장 애플리케이션에서 발견됩니다. 높은 처리량과 고당도 선형 운동이 필요합니다.

선형 모터 설계의 구성 요소는 가공 및 정밀도 및 반복 가능한 공정으로 조립해야합니다. 이러한 부품의 적절한 정렬은 중요하며 상당한 설계 세부 사항과 조립 기술이 필요합니다.

오늘날, 새로운 세대의 모듈 식 선형 모터가 게임을 변화 시켰습니다. 턴키 모듈 식 선형 모터는 시스템에 쉽게 볼트로 고정되어 즉시 실행할 준비가되어 엔지니어링 시간이 크게 줄어 듭니다. 엔지니어는 이제 몇 달 또는 몇 년이 아닌 모듈 식 선형 모터 기술의 강력한 이점을 단 몇 일만에 기계 설계에 활용할 수 있습니다.

9 개의 주요 구성 요소는 선형 모터 시스템으로 구성됩니다.

1. 베이스 플레이트
2. 모터 코일
3. 영구 자기 트랙 (일반적으로 네오디뮴 자석)
4. 모터 코일을 하중에 연결하는 캐리지
5. 캐리지가 안내되고베이스에 연결되는 선형 베어링 레일
6. 위치 피드백을위한 선형 인코더
7. 끝 중지
8. 케이블 트랙
9. 자석 트랙, 인코더 및 선형 레일을 환경 오염으로부터 보호하기위한 선택적 벨로우즈.

제어 루프

선형 모터 설계의 구성 요소는 가공 및 정밀도 및 반복 가능한 공정으로 조립해야합니다. 이러한 부품의 적절한 정렬은 중요하며 상당한 설계 세부 사항과 조립 기술이 필요합니다. 예를 들어, 자기 트랙과 움직이는 모터 코일은 평평하고 평행하며 그들 사이의 특정 공기 갭이 장착되어야합니다. 움직이는 코일은 자기 트랙 위의 평행 정밀 선형 베어링 레일에 연결된 캐리지를 타고 있습니다. 선형 스케일 및 읽기 헤드를 갖는 위치 인코더는 적절한 정렬 절차와 최대 5 gs의 가속도를 견딜 수 있도록 강력한 장착 설계를 요구하는 선형 모터의 또 다른 중요한 부분입니다. 모듈 식 선형 모터를 사용하면 이러한 세부 사항은 이미 상자에서 사전 엔지니어링되고 사전 엔지니어링됩니다.

표시된 것과 같은 모듈 식 선형 모터 시스템은 정확하고 고속 및 반복 가능한 선형 운동이 필요할 때 사용됩니다. 이 시스템은 볼 스크류, 벨트 및 랙 및 피니언 액추에이터의 대안입니다.

정교한 모션 컨트롤러 및 서보 드라이브는 선형 모터의 움직임을 제어하는 ​​데 사용됩니다. 선형 모터는 강성 및 주파수 응답과 관련하여 확실한 이점을 가지고 있습니다. 특정 주파수 범위에서, 그들은 10 이상의 놀라운 요인으로 전통적인 볼 나사를 능가하는 강성을 나타냅니다. 이 속성을 사용하면 선형 모터는 외부 교란으로도 인상적인 정밀도로 높은 위치 및 속도 루프 대역폭을 처리 할 수 ​​있습니다. 10 ~ 100Hz 사이의 공진 주파수를 종종 만나는 볼 스크류와 달리, 선형 모터는 더 높은 주파수에서 작동하여 공명을 위치 루프 대역폭을 넘어서 잘 배치합니다.

그러나 기계적 전송 제거와 관련된 상충 관계가 있습니다. 볼 스크류와 같은 기계적 구성 요소는 기계 힘, 자연 공진 주파수 또는 교차 축의 진동의 교란을 줄이는 데 도움이됩니다. 그들의 제거는 선형 모터를 그러한 혼란에 직접 노출시킨다. 결과적으로, 이러한 교란에 대한 보상은 모션 컨트롤러와 드라이브 전자 제품의 책임이되며,이를 통해 서보 축에서 직접 행동해야합니다. 여기에서 오늘날의 정교한 폐쇄 루프 모션 알고리즘이 공명을 제거하고 놀라운 위치 루프 제어를 제공하기 위해 작동합니다.

선형 액추에이터의 영역 내에서 선형 모터는 탁월한 기술적 능력을 제공합니다. 더 높은 주파수에서 우수한 강성을 나타내고 작동하는 모터의 능력은 전통적인 대안과 차별화됩니다. 공명 주파수를 무시하고 외부 중단이있는 경우에도 높은 정밀도를 유지함으로써 선형 모터는 매력적인 솔루션을 제공합니다.

그럼에도 불구하고, 기계적 전송이 없으면 방해를 막기위한 강력한 보상 전략이 필요하여 시스템의 지속적인 성능과 신뢰성을 보장합니다. 속도 및 위치 루프에 대한 모션 컨트롤러 샘플링 주파수는 일반적으로 5kHz에서 시작됩니다. 선형 모터 축은 1 또는 2 kHz 주파수가 허용되는 기존의 회전 모터 구동 축보다 위치 루프 대역폭을 5 ~ 10 배가 할 수 있습니다. 일부 현재 모션 컨트롤러는 20kHz 이상의 비율을 샘플링하여 초고속 피드백 제어 및 초-프레시스 경로 제어를 가능하게합니다.

모듈 식 선형 모터의 대부분의 제조업체도 모션 제어 및 서보 전문가이기 때문에 많은 제어 루프 문제와 기계적 공명 문제도 잘 고려되었으며 이러한 과제를 완화하기위한 솔루션과 도구가 제공됩니다.

선형 모터 적용

나는 몇 년 전 선형 모터를 사용하여 귀중한 경험을 얻었습니다. 엔지니어 팀이 혁신적인 프로젝트를 시작했습니다. 세계 최초의 선형 모터 기반 레이저 커팅 머신을 만들기위한 것입니다. 로타리 서보 모터가 구동하는 전통적인 선형 액추에이터 기술은 선형 모터를 사용하여 선형 모터를 사용하는 데 적합했습니다. 선형 모터로 달성 할 수있는 고성능 기능을 제공 할 수 없었기 때문입니다.

기술을 구현하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 프로젝트를 시작하면서 응용 프로그램에는 상업적으로 이용 가능하지 않은 선형 모터 성능 사양이 필요하다는 것을 깨달았습니다. 우리는 응용 프로그램을 위해 특별히 선형 모터를 설계하기로 결정했습니다.

우리는 1,000 파운드 갠트리 시스템을 1.5g의 가속으로 2.5 m/sec의 빠른 속도로 이동해야했기 때문에 수많은 도전에 직면했습니다. 즉, 극단적 인 힘을 생성 할 수있는 선형 모터를 설계해야했습니다. 우리 팀은 우리가 레이저 절단 기계의 요구를 충족시킬 수있는 선형 모터를 고안 할 때까지 연구 및 개발에 수많은 시간을 쏟아 부었습니다. 우리가 14 개월 후 우리의 선형 모터가 실제로 행동하는 것을 보았을 때, 갠트리 시스템을 놀라운 속도, 편의 및 정밀도로 추진하는 것은 자랑스러운 순간이었습니다. 달성 된 성능은 전례가 없었습니다. 턴키 모듈 식 선형 모터를 사용할 수 있다면 기계 개념이 얼마나 빨리 완료 될 수 있는지 고려하는 것이 현저합니다.

우리가 90 년대에 선형 모터 설계 여행을 시작한 이후 선형 모터 기술은 크게 진화했습니다. 새로운 모듈 식 디자인이 도입되면서 모션 디자인 및 선형 모터의 혁신 및 진보의 잠재력은 그 어느 때보 다 큽니다. 모듈 식 선형 모터는 많은 산업 분야에서 광범위한 응용 분야에 혜택을주기 위해 빠르게 배포 할 수있는 더 빠르고 정확하며 안정적인 모션 제어 기능으로 가능한 것을 재정의하고 있습니다.