대부분의 사람들은 병렬 구동 시스템을 데카르트/갠트리 로봇에서 볼 수 있는 시스템으로 생각합니다. 그러나 병렬 구동 시스템은 단일 구동 컨트롤러에서 병렬로 작동하는 두 개 이상의 선형 모터로 볼 수도 있습니다. 여기에는 데카르트/갠트리 스타일 로봇과 나노미터 이하에서 높은 피코미터 범위의 해상도와 위치 정확도를 갖는 고정밀 및 초고정밀 단일 축 로봇과 같은 모션 제어의 기타 주요 영역이 포함됩니다. 이러한 시스템은 광학 및 현미경, 반도체 제조, 공작 기계, 고출력 액추에이터, 재료 테스트 장비, 픽 앤 플레이스 작업, 조립 작업, 공작 기계 취급 및 아크 용접과 같은 분야에 적용됩니다. 전체적으로 미크론 및 서브미크론 세계 모두에 애플리케이션이 있습니다.

병렬 드라이브 문제
모든 병렬 구동 시스템의 주요 문제는 직교 정렬, 즉 평행 축을 정사각형으로 유지하는 능력입니다. 스크류, 랙 앤 피니언, 벨트, 체인과 같은 기계 구동 시스템에서 주요 문제는 오정렬이나 누적 공차로 인한 기계 시스템의 바인딩입니다. 직접 구동 시스템에서는 설치 오류와 선형 모터의 차이로 인해 발생하는 사인 오류 문제가 추가됩니다.

이러한 문제를 극복하기 위한 가장 일반적인 방법은 병렬 시스템의 각 측면을 독립적으로 구동하고 제어하되 전자적으로 동기화하는 것입니다. 이러한 시스템의 비용은 단일 축 시스템보다 두 배의 드라이브 및 위치 감지 전자 장치가 필요하기 때문에 높습니다. 또한 시스템 성능을 저하시킬 수 있는 동기화 및 추적 오류도 추가됩니다.

리니어 샤프트 모터를 병렬로 연결할 수 있는 것은 응답성이 뛰어난 모터입니다. 두 개의 동일한 선형 샤프트 모터에 의해 생성된 동적 모션은 동일한 제어 신호가 주어지면 동일합니다.

모든 병렬 구동 시스템과 마찬가지로 선형 샤프트 모터는 축이 단일 자유도만 움직일 수 있도록 하는 메커니즘과 물리적으로 결합되어야 합니다. 이로 인해 병렬 선형 샤프트 모터가 단일 장치처럼 작동하여 단일 엔코더와 단일 서보드라이버로 작동할 수 있습니다. 그리고 적절하게 설치된 선형 샤프트 모터는 접촉 없이 작동하므로 시스템에 기계적 바인딩이 발생하지 않습니다.

이러한 진술은 모든 비접촉 선형 모터에 적용됩니다. 선형 샤프트 모터는 병렬 응용 분야에서 잘 작동할 수 있는 여러 영역에서 다른 비접촉 선형 모터와 다릅니다.

선형 샤프트 모터의 설계는 영구 자석을 전자기장의 중앙에 배치하여 에어 갭이 중요하지 않게 만듭니다. 코일은 자석을 완전히 둘러싸고 있으므로 자기장의 최종 효과는 힘입니다. 이는 오정렬이나 가공 차이로 인해 에어 갭의 차이로 인해 발생하는 힘의 변화를 사실상 제거하여 모터의 정렬 및 설치를 단순화합니다.

그러나 주요 문제인 사인 오류는 비접촉 선형 모터에서 힘 차이를 유발할 수 있습니다.

선형 샤프트 모터와 같은 선형 모터는 동기식 모터로 정의됩니다. 실제로 전류는 코일에 적용되어 자석 트랙에 있는 영구 자석의 자기장과 동기화되는 전자석을 형성합니다. 선형 모터의 힘은 ​​이러한 자기장의 상대적인 강도와 의도적인 정렬 불량 각도로부터 생성됩니다.

병렬 구동 시스템에서는 모든 자기장이 완벽하게 정렬되면 모든 코일과 자기 트랙이 단일 모터가 됩니다. 그러나 코일이나 자기 트랙이 잘못 정렬되면 자기장의 정렬이 잘못되어 각 모터에서 서로 다른 힘이 생성됩니다. 이러한 힘의 차이는 결국 시스템을 묶을 수 있습니다. 따라서 사인 오류는 코일이나 자기 트랙의 정렬 불량으로 인해 발생하는 힘의 차이입니다.

사인 오류는 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.

F_차이=F_세대× 죄(2πD_차이/MP_nn)

어디F_차이= 두 코일 사이의 힘 차이,F_세대= 생성된 힘,D_차이= 정렬 불량의 길이 및MP_nn= 북쪽에서 북쪽으로의 자기 피치.

시중에 나와 있는 대부분의 선형 모터는 IR 손실과 전기 시상수를 줄인다는 핑계로 25~60mm 범위의 북-북 자기 피치로 설계되었습니다. 예를 들어, 30mm 길이의 선형 모터에서 단 1mm의 오정렬이 발생합니다.nn피치는 약 21%의 전력 손실을 발생시킵니다.

선형 샤프트 모터는 우발적인 오정렬로 인한 사인 오류의 영향을 줄이는 훨씬 더 긴 북-북 자기 피치를 사용하여 이러한 손실을 보상합니다. 90mm nn 피치의 선형 샤프트 모터에서 1mm의 동일한 오정렬은 7%의 전력 손실만을 발생시킵니다.

병렬 구동 시스템
매우 정확한 포지셔닝은 피드백이 작업 지점의 질량 중심에 직접 있을 때 고정밀 및 초고정밀 단일 축 로봇의 경우에만 가능합니다. 모터에서 발생하는 힘도 작업점 질량의 중심에 바로 집중되어야 합니다. 그러나 일반적으로 모터와 피드백을 정확히 동일한 위치에 두는 것은 불가능합니다!

질량 중심에 엔코더를 배치하고 질량 중심에서 동일한 간격으로 배치된 병렬 선형 샤프트 모터를 사용하면 질량 중심에서 원하는 피드백과 힘 생성이 제공됩니다. 이는 이러한 유형의 병렬 드라이브를 생성하기 위해 두 세트의 인코더와 서보 드라이브가 필요한 다른 유형의 병렬 드라이브 시스템에서는 불가능합니다.

단일 드라이브/단일 엔코더는 초고정밀 용도에 가장 적합하며 갠트리 시스템 빌더에게 큰 이점을 제공합니다. 과거에는 시스템에 전자적으로 연결된 두 개의 서로 다른 컨트롤러를 사용하여 별도의 볼 나사를 구동하는 두 개의 서로 다른 모터가 있었거나 심지어 두 개의 드라이브와 전자적으로 연결된 두 개의 엔코더가 있는 두 개의 선형 모터가 있었을 수 있습니다. 이제 시스템의 강성이 충분히 높으면 선형 샤프트 모터 2개, 인코더 1개, 증폭기/드라이버 1개에서 동일한 동작을 수행할 수 있습니다.

이는 매우 높은 힘이 필요한 응용 분야에도 이점이 됩니다. 여러 개의 선형 샤프트 모터를 병렬로 연결하여 힘을 합칠 수 있습니다.