선형 모터는 우수한 추력과 매우 높은 위치 정밀도를 제공하면서 높은 가속도와 긴 이동 거리를 구현할 수 있는 반면, 벨트, 스크류 또는 랙 앤 피니언과 같은 다른 구동 메커니즘은 이러한 요구 사항 중 적어도 하나를 희생해야만 다른 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 이러한 이유로 선형 모터는 계측 및 반도체 제조와 같은 고동적 응용 분야에서 선호되는 선택입니다.

사실, 성능 사양을 기준으로 볼 때 선형 모터는 선형 운동 응용 분야에서 흔히 발견되는 상충되는 요구 사항들을 해결하는 데 완벽한 솔루션처럼 보입니다. 하지만 여기서 "왜 선형 모터가 더 널리 채택되지 않는가?"라는 의문이 생깁니다.

벨트, 스크류 또는 랙 앤 피니언 드라이브와 같은 다른 구동 기술에 비해 선형 모터의 도입률이 여전히 뒤처지는 이유를 이해하려면 선형 모터 설계의 장점과 단점을 살펴보겠습니다.

열 발생 및 방출

회전 모터든 선형 모터든, 모터의 크기를 정하고 선택할 때 가장 중요한 고려 사항 중 하나는 열입니다. 실제로 특정 모터-구동 장치 조합에 대한 연속 및 간헐 작동 범위를 나타내는 토크(또는 힘) 대 속도 곡선은 지정된 작동 조건에서 모터가 열을 발산하는 능력에 기반합니다.

선형 모터는 부하가 모터 권선이 들어 있는 포서에 장착되기 때문에 회전 모터에 비해 열 발생이 훨씬 더 큰 문제가 될 수 있습니다. (일부 선형 모터 설계에서는 부하를 마그넷 트랙에 장착할 수 있지만, 이는 짧은 스트로크에만 적합할 수 있습니다.) 또한 무철심 선형 모터의 경우 권선이 에폭시로 밀봉되어 있는데, 에폭시는 철이나 알루미늄과 같은 금속만큼 열을 쉽게 발산하지 못합니다.

이는 열이 부하 및 주변 부품으로 쉽게 전달되어 열팽창, 열화 또는 극단적인 경우 손상이나 고장을 유발할 수 있음을 의미합니다. 부하에 영향이 없더라도 열 축적은 모터의 연속 출력량을 감소시킬 수 있습니다. 이러한 문제를 해결하기 위해 일부 응용 분야에서는 강제 공랭식 또는 수랭식 냉각이 필요하지만, 이는 비용, 설치 공간 및 복잡성을 증가시킵니다.

오염으로부터 보호

개방형 설계와 노출된 자석으로 인해 평면형 철심 선형 모터와 U자형 무철심 선형 모터는 오염으로부터 보호하기 어렵습니다. 선형 가이드는 시중에서 구할 수 있는 다양한 밀봉재와 스크레이퍼로 보호할 수 있지만, 선형 모터의 노출된 자석은 가공 작업이나 제조 및 공장 환경에서 흔히 발견되는 공기 중 오염 물질로부터 철 입자를 끌어당길 수 있습니다. 또한 액체 오염은 민감한 전자 부품을 손상시키거나 피드백 시스템을 방해할 수 있습니다.

물론, 덮개와 외부 구조물은 오염 방지를 위해 설계될 수 있지만, 모터의 열 발산을 더욱 어렵게 만들어 앞서 설명한 열 관련 문제를 악화시킬 수 있습니다.

진동 및 진동 보정

선형 모터 솔루션의 핵심 장점 중 하나는 모터와 부하 사이에 나사, 벨트, 기어박스, 커플링과 같은 기계식 동력 전달 부품이 필요 없다는 것입니다. 즉, 선형 모터는 백래시, 와인드업, 컴플라이언스 현상의 영향을 받지 않으므로 매우 높은 위치 정밀도를 달성하고 빠른 가속 및 감속 속도를 갖춘 역동적인 동작을 수행할 수 있습니다.

하지만 기계식 동력 전달 부품은 진동을 감쇠시키고 가공력에 의한 반작용이나 부하의 움직임으로 인한 진동과 같은 외란을 완화하는 메커니즘을 제공함으로써 모션 시스템에 유익할 수 있습니다. 이러한 "내장된" 감쇠 효과가 없다면 진동으로 인해 선형 모터가 원하는 위치 정밀도나 정착 시간을 달성하지 못할 수 있습니다.

선형 모터 시스템은 이러한 감쇠되지 않은 진동과 진동의 영향을 감지하고 보정할 수 있도록 하기 위해 종종 더 높은 주파수의 속도, 위치 및 전류(힘) 제어 루프와 더 넓은 전류 루프 대역폭을 필요로 합니다. 위치 피드백 시스템(일반적으로 광학식 또는 자기식 선형 엔코더) 또한 컨트롤러가 모터와 부하의 위치를 ​​더욱 정확하게 추적할 수 있도록 더 높은 해상도를 가져야 합니다. 기계 프레임이나 지지 구조 또한 충격과 진동에 상대적으로 둔감하고 선형 모터에서 발생하는 힘을 견딜 수 있도록 충분히 강성(높은 고유 진동수)을 가져야 합니다.

즉, 진동과 교란을 보상하는 데 도움이 되는 구성 요소가 적기 때문에 시스템이 동적이고 높은 정확도의 성능을 달성하려면 피드백 및 제어 루프가 더 빠르고 정확하게 통신할 수 있어야 합니다.

초기 비용 대비 총 소유 비용

마지막으로, 선형 모터의 광범위한 도입을 가로막는 주요 제한 요소 중 하나는 여전히 초기 비용입니다. 일부 응용 분야에서는 기존 벨트, 스크류 또는 랙 앤 피니언 방식보다 선형 모터 솔루션의 총 소유 비용(TCO)이 낮다는 비교 사례가 많지만, 제한된 예산 내에서 성능 사양을 충족해야 하는 엔지니어와 설계자에게는 선형 모터 시스템의 초기 비용이 여전히 도입 장벽으로 작용합니다. 예를 들어, 선형 모터 솔루션이 탁월한 성능을 발휘하는 분야 중 하나인 매우 긴 이동 거리가 필요한 응용 분야에서는 이동 요구 사항을 충족하기 위한 자석 및 고해상도 선형 엔코더의 비용 때문에 선형 모터 솔루션이 고려 대상에서 제외될 수 있습니다.

비전통적인 응용 분야가 선형 모터 채택률 증가를 견인하고 있습니다.

발열, 오염 방지, 고대역폭 제어 및 비용과 같은 잠재적인 어려움에도 불구하고 선형 모터의 채택률은 증가하고 있습니다. 한때 반도체, 계측 및 중장비 가공 분야의 틈새 솔루션으로 여겨졌던 철심형, 무철심형 및 튜브형 선형 모터는 이제 자동차, 식품 및 포장, 인쇄 분야에서 사용되고 있습니다. 이러한 분야에서는 동작이 까다롭거나 정밀도 요구 사항이 높지는 않지만, 부품 수 감소, 가동 중지 시간 단축 및 생산량 증가라는 이점이 추가 비용 및 설계 고려 사항을 정당화합니다.