선형 모터는 높은 가속도와 긴 이동 거리를 우수한 추력 및 매우 높은 위치 정확도로 달성할 수 있는 반면, 벨트, 나사, 랙 앤 피니언과 같은 다른 구동 장치는 다른 요구 사항을 충족하기 위해 이러한 요구 사항 중 적어도 하나를 희생해야 합니다. 이것이 선형 모터가 계측 및 반도체 제조와 같이 매우 동적인 응용 분야에 선호되는 이유입니다.

실제로, 성능 사양을 고려했을 때 선형 모터는 선형 운동 애플리케이션에서 흔히 발생하는 경쟁적인 요구 사항을 해결하는 완벽한 솔루션으로 보입니다. 하지만 이는 "왜 선형 모터가 더 널리 채택되지 않는가?"라는 의문을 제기하게 합니다.

선형 모터의 도입 속도가 벨트, 나사, 랙 앤 피니언 드라이브 등 다른 구동 기술에 비해 왜 낮은지 이해하기 위해 선형 모터 설계의 장점과 단점을 살펴보겠습니다.

열 발생 및 방출

모터(회전형이든 선형형이든)의 크기를 결정하고 선택할 때 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 열입니다. 실제로, 주어진 모터-구동 조합에 대한 연속 및 간헐적 작동 범위를 나타내는 토크(또는 힘) 대 속도 곡선은 특정 작동 조건에서 모터가 열을 발산하는 능력을 기반으로 합니다.

선형 모터는 회전 모터보다 열 발생이 더 큰 문제가 될 수 있습니다. 부하가 모터 권선을 포함하는 포서에 장착되기 때문입니다. (일부 선형 모터 설계에서는 부하를 자석 트랙에 장착할 수 있지만, 이는 짧은 스트로크에서만 가능할 수 있습니다.) 또한 무철심 선형 모터의 경우 권선이 에폭시로 캡슐화되어 철이나 알루미늄과 같은 금속처럼 열을 쉽게 방출하지 않습니다.

이는 열이 부하 및 주변 부품으로 쉽게 전달되어 열팽창, 성능 저하, 또는 극단적인 경우 손상이나 고장을 유발한다는 것을 의미합니다. 부하에 영향을 미치지 않더라도 열 축적은 모터의 지속적인 출력 전력을 감소시킬 수 있습니다. 이를 방지하기 위해 일부 애플리케이션에서는 강제 공랭 또는 수랭 방식을 필요로 하는데, 이는 비용, 설치 공간, 그리고 복잡성을 증가시킵니다.

오염으로부터 보호

개방형 설계와 노출된 자석으로 인해 평평한 철심 선형 모터와 U-채널 무철심 설계는 오염으로부터 보호하기 어려울 수 있습니다. 지지하는 선형 가이드는 다양한 기성품 씰과 스크레이퍼로 보호할 수 있지만, 선형 모터의 노출된 자석은 가공 작업이나 제조 및 공장 환경에서 흔히 발견되는 공기 중 오염 물질로 인해 철 입자를 끌어당길 수 있습니다. 또한 액체 오염은 민감한 전자 장치를 손상시키거나 피드백 시스템을 방해할 수 있습니다.

물론, 오염으로부터 보호하기 위해 덮개와 외부 구조를 설계할 수는 있지만, 이로 인해 모터가 열을 발산하는 것이 어려워지고, 위에서 설명한 열 관련 문제가 악화될 수 있습니다.

진동 및 진동 보상

리니어 모터 솔루션의 주요 장점 중 하나는 모터와 부하 사이에 나사, 벨트, 기어박스, 커플링과 같은 기계적 동력 전달 부품이 필요 없다는 것입니다. 즉, 리니어 모터는 백래시, 와인드업, 컴플라이언스로 인한 영향을 받지 않습니다. 이는 매우 높은 위치 정확도를 달성하고 빠른 가속 및 감속률로 매우 역동적인 동작을 수행하는 데 중요한 요소입니다.

하지만 기계식 변속 부품은 진동에 대한 감쇠 메커니즘을 제공하고 가공력이나 하중의 이동으로 인한 진동과 같은 외란을 완화함으로써 모션 시스템에 유익할 수 있습니다. 이러한 "내장된" 감쇠 효과가 없다면, 진동과 진동으로 인해 선형 모터가 원하는 위치 정확도나 안정화 시간을 달성하지 못할 수 있습니다.

시스템이 이러한 감쇠되지 않은 진동 및 진동의 영향에 반응하고 이를 보정할 수 있도록 선형 모터 시스템은 종종 더 높은 주파수의 속도, 위치 및 전류(힘) 제어 루프와 더 높은 전류 루프 대역폭을 필요로 합니다. 위치 피드백 시스템(일반적으로 광학식 또는 자기식 선형 인코더) 또한 컨트롤러가 모터와 부하의 위치를 ​​더 정확하게 추적할 수 있도록 더 높은 분해능을 가져야 합니다. 기계 프레임이나 지지 구조물조차도 충격과 진동에 비교적 민감하게 반응하고 선형 모터에서 발생하는 힘을 견딜 수 있을 만큼 충분히 강해야 합니다(높은 고유 진동수를 가져야 함).

다시 말해, 진동과 교란을 보상하는 데 필요한 구성 요소가 적기 때문에 피드백 및 제어 루프가 더 빠르고 정확하게 통신할 수 있어야 시스템이 동적이고 정확도가 높은 성능을 달성할 수 있습니다.

사전 비용 대 총 소유 비용

마지막으로, 선형 모터의 광범위한 채택을 저해하는 주요 요인 중 하나는 여전히 초기 비용입니다. 일부 애플리케이션에서는 선형 모터 솔루션이 기존의 벨트, 스크류 또는 랙 앤 피니언 솔루션보다 총 소유 비용(TCO)이 낮다는 것을 보여주는 비교 사례가 많지만, 제한된 예산 내에서 성능 사양을 충족해야 하는 엔지니어와 설계자에게는 선형 모터 시스템의 초기 비용이 여전히 도입의 장벽으로 작용합니다. 예를 들어, 매우 긴 이동 거리를 필요로 하는 애플리케이션(선형 모터 솔루션이 탁월한 영역 중 하나)의 경우, 이동 거리 요건을 충족하기 위한 자석 및 고해상도 선형 인코더 비용이 선형 모터 솔루션의 가격을 고려 대상에서 제외할 수 있습니다.

비전통적 응용 분야가 선형 모터 채택률 증가를 촉진합니다.

열 발생, 오염 방지, 고대역폭 제어, 그리고 비용 등 잠재적 어려움에도 불구하고 선형 모터의 도입률은 증가하고 있습니다. 한때 반도체, 계측, 그리고 중장비 가공 분야의 틈새 솔루션으로 여겨졌던 철심형, 무철심형, 그리고 관형 선형 모터는 이제 자동차, 식품 및 포장, 그리고 인쇄 분야에 사용되고 있습니다. 이러한 분야에서는 이동이 그리 어렵지 않고 정확도 요구 사항도 까다롭지 않지만, 부품 수 감소, 가동 중단 시간 단축, 그리고 처리량 증가라는 이점이 추가적인 비용과 설계 고려 사항을 정당화합니다.