대부분의 사람들은 병렬 구동 시스템을 직교좌표/갠트리 로봇에 사용되는 시스템으로 생각합니다. 하지만 병렬 구동 시스템은 단일 구동 컨트롤러에서 병렬로 작동하는 두 개 이상의 선형 모터로 볼 수도 있습니다. 이는 직교좌표/갠트리 로봇뿐 아니라 서브나노미터에서 수 피코미터 범위의 분해능과 위치 정확도를 가진 고정밀 및 초고정밀 단축 로봇과 같은 모션 제어의 다른 주요 영역도 포함합니다. 이러한 시스템은 광학 및 현미경, 반도체 제조, 공작 기계, 고출력 액추에이터, 재료 시험 장비, 픽앤플레이스 작업, 조립 작업, 공작 기계 취급, 아크 용접 등의 분야에 사용됩니다. 전반적으로 미크론 및 서브미크론 영역 모두에 응용될 수 있습니다.

병렬 드라이브 문제
모든 병렬 구동 시스템의 주요 문제는 직교 정렬, 즉 평행 축을 직각으로 유지하는 능력입니다. 나사, 랙 앤 피니언, 벨트, 체인과 같은 기계 구동 시스템에서 주요 문제는 정렬 불량이나 누적 공차로 인한 기계 시스템의 구속입니다. 직접 구동 시스템에서는 설치 오류와 선형 모터의 편차로 인해 사인 오차라는 추가적인 문제가 발생합니다.

이러한 문제를 해결하는 가장 일반적인 방법은 병렬 시스템의 각 축을 독립적으로 구동하고 제어하면서 전자적으로 동기화하는 것입니다. 이러한 시스템은 단일 축 시스템에 비해 두 배의 구동 및 위치 감지 전자 장치가 필요하기 때문에 비용이 많이 듭니다. 또한 동기화 및 추적 오류가 발생하여 시스템 성능이 저하될 수 있습니다.

선형 샤프트 모터를 병렬로 연결할 수 있는 것은 반응성이 뛰어난 모터 덕분입니다. 두 개의 동일한 선형 샤프트 모터가 생성하는 동적 운동은 동일한 제어 신호가 주어졌을 때 동일합니다.

모든 병렬 구동 시스템과 마찬가지로, 선형 축 모터는 축이 단일 자유도 운동만 할 수 있도록 하는 메커니즘과 물리적으로 결합되어야 합니다. 따라서 병렬 선형 축 모터는 단일 장치처럼 작동하여 단일 인코더와 단일 서보 드라이버로 작동할 수 있습니다. 또한, 올바르게 설치된 선형 축 모터는 접촉 없이 작동하므로 시스템에 기계적 간섭을 발생시킬 수 없습니다.

이러한 설명은 모든 비접촉 선형 모터에 적용됩니다. 선형 샤프트 모터는 다른 비접촉 선형 모터와 여러 면에서 다르며, 이러한 차이점 덕분에 병렬 응용 분야에서 효과적으로 작동합니다.

선형 샤프트 모터는 영구 자석을 전자기장 중심에 배치하여 공극이 중요하지 않도록 설계되었습니다. 코일이 자석을 완전히 감싸고 있으므로 자기장의 순효과는 힘입니다. 이는 정렬 불량이나 가공 차이로 인한 공극 차이로 인한 힘 변화를 사실상 없애 모터 정렬 및 설치를 간소화합니다.

그러나 사인 오차는 주요 문제로, 비접촉 선형 모터에서 힘의 차이를 일으킬 수 있습니다.

선형 모터는 선형 샤프트 모터와 마찬가지로 동기 모터로 정의됩니다. 실제로 코일에 전류를 흘려 자석 트랙 내 영구 자석의 자기장에 동기화되는 전자석을 형성합니다. 선형 모터의 힘은 ​​이러한 자기장의 상대적인 세기와 의도적인 정렬 불량 각도에 의해 생성됩니다.

병렬 구동 시스템에서 모든 코일과 자기 트랙은 모든 자기장이 완벽하게 정렬될 때 하나의 모터가 됩니다. 그러나 코일이나 자기 트랙의 정렬 불량은 자기장의 정렬 불량을 유발하여 각 모터에 서로 다른 힘을 발생시킵니다. 이러한 힘의 차이는 결국 시스템을 구속할 수 있습니다. 따라서 사인 오차는 코일이나 자기 트랙의 정렬 불량으로 인해 발생하는 힘의 차이입니다.

사인 오차는 다음 방정식으로 계산할 수 있습니다.

F_차이=F_세대× 죄(2πD_차이/MP_엔)

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

시중에 나와 있는 대부분의 리니어 모터는 IR 손실과 전기적 시상수를 줄이기 위해 25~60mm 범위의 북-북 자기 피치로 설계됩니다. 예를 들어, 30mm 피치의 리니어 모터에서 단 1mm의 부정합은엔피치는 약 21%의 전력 손실을 발생시킵니다.

선형 샤프트 모터는 훨씬 더 긴 북-북 자기 피치를 사용하여 이러한 손실을 보상합니다. 이는 우발적인 오정렬로 인한 사인 오차의 영향을 줄입니다. 90mm nn 피치를 가진 선형 샤프트 모터에서 1mm의 동일한 오정렬은 7%의 전력 손실만 발생시킵니다.

병렬 구동 시스템
고정밀 및 초고정밀 단일 축 로봇의 경우, 피드백이 작업 지점의 질량 중심에 직접 위치할 때만 정확한 위치 설정이 가능합니다. 모터에서 발생하는 힘 또한 작업 지점의 질량 중심에 집중되어야 합니다. 하지만 모터와 피드백을 정확히 같은 위치에 두는 것은 일반적으로 불가능합니다!

질량 중심에 인코더를 배치하고 질량 중심에서 동일한 간격으로 평행한 선형 샤프트 모터를 사용하면 질량 중심에서 원하는 피드백과 힘 생성을 얻을 수 있습니다. 이는 두 세트의 인코더와 서보 드라이브를 필요로 하는 다른 유형의 병렬 구동 시스템에서는 불가능한 방식입니다.

단일 드라이브/단일 엔코더는 초고정밀 용도에 가장 적합하며 갠트리 시스템 구축자에게 큰 이점을 제공합니다. 과거 시스템은 두 개의 서로 다른 컨트롤러를 사용하여 별도의 볼 스크류를 구동하는 두 개의 모터를 사용하거나, 두 개의 엔코더가 두 개의 드라이브와 전자적으로 연결된 두 개의 선형 모터를 사용했습니다. 이제는 시스템 강성이 충분히 높은 한, 두 개의 선형 샤프트 모터, 하나의 엔코더, 그리고 하나의 증폭기/드라이버를 사용하여 동일한 동작을 구현할 수 있습니다.

이는 매우 큰 힘이 필요한 응용 분야에도 유리합니다. 여러 개의 선형 샤프트 모터를 병렬로 연결하여 힘을 합산할 수 있습니다.