선형 모터는 탁월한 출력을 제공하므로 의료 기기, 산업 자동화, 포장 및 반도체 제조 분야에서 뛰어난 성능을 발휘합니다. 더욱이, 최신 선형 모터는 초기 모델의 비용, 발열 및 통합 복잡성 문제를 해결했습니다. 선형 모터는 코일(1차 코일 또는 포서)과 고정 플랫폼(플래튼 또는 2차 코일이라고도 함)으로 구성됩니다. 다양한 하위 유형이 있지만 자동화 분야에서 가장 일반적으로 사용되는 두 가지는 브러시리스 철심 모터와 무철심 선형 모터입니다.

선형 모터는 일반적으로 기계식 구동 장치보다 성능이 뛰어납니다. 길이 제한이 없으며, 기계식 구동 장치의 탄성 및 유격이 없어 높은 정확도와 반복성을 유지하고 기계 수명 동안 이를 보장합니다. 실제로 선형 모터에서 유지 보수가 필요한 부분은 가이드 베어링뿐이며, 나머지 구성 요소는 마모되지 않습니다.

철심 선형 모터가 탁월한 성능을 발휘하는 분야
철심형 선형 모터는 1차 코일이 철심을 감싸고 있으며, 2차 코일은 일반적으로 고정된 자석 트랙으로 구성됩니다. 철심형 선형 모터는 높은 연속 동력을 출력할 수 있어 사출 성형기, 공작 기계, 프레스 기계 등에 적합합니다. 하지만 2차 코일이 자석 트랙을 따라 움직일 때 1차 코일에 작용하는 자기력이 일정하지 않아 코깅 현상이 발생할 수 있다는 점에 유의해야 합니다. 이러한 코깅 현상은 디텐트 힘 때문에 발생합니다. 제조사들은 코깅 현상을 해결하기 위해 다양한 방법을 사용하지만, 부드러운 동작이 중요한 경우에는 코깅 문제가 더욱 두드러집니다.

그럼에도 불구하고 철심 선형 모터는 여러 가지 장점을 가지고 있습니다. 철심과 고정자 자석 사이의 강력한 자기 결합으로 높은 추력 밀도를 얻을 수 있습니다. 따라서 철심 선형 모터는 유사한 무철심 선형 모터보다 더 높은 추력을 낼 수 있습니다. 또한, 철심이 작동 중에 코일에서 발생하는 열을 효과적으로 방출하여 코일과 주변 환경 사이의 열 저항을 무철심 모터보다 효과적으로 줄여줍니다. 마지막으로, 구동부와 고정자가 직접 마주 보는 구조이기 때문에 통합이 용이합니다.

빠른 스트로크를 위한 무철심 선형 모터
무철심 선형 모터는 1차 코일에 철이 없어 가벼우면서도 더 역동적인 움직임을 출력합니다. 코일은 에폭시 플레이트에 내장되어 있습니다. 대부분의 무철심 선형 모터는 내부 표면에 자석이 배열된 U자형 트랙을 가지고 있습니다. 열 축적으로 인해 추력이 유사한 철심 모터보다 낮아질 수 있지만, 일부 제조업체는 혁신적인 채널 및 1차 코일 형상 설계를 통해 이 문제를 해결합니다.

짧은 정착 시간은 무철심 선형 모터의 동적 성능을 더욱 향상시켜 빠르고 정확한 움직임을 가능하게 합니다. 1차 코일과 2차 코일 사이에 고유한 인력이 없기 때문에 무철심 선형 모터는 철심 모터보다 조립이 더 쉽습니다. 또한 지지 베어링이 자기력의 영향을 받지 않으므로 일반적으로 수명이 더 깁니다.

선형 모터는 수직축이나 열악한 환경에서 문제가 발생할 수 있다는 점에 유의하십시오. 이는 선형 모터(본질적으로 비접촉식 모터)는 제동 장치나 균형추가 없으면 전원이 차단될 때 부하가 떨어지기 때문입니다.

또한, 열악한 환경에서는 먼지와 금속 부스러기가 발생하여 선형 모터에 달라붙을 수 있으며, 특히 금속 부품 가공 작업에서 이러한 현상이 두드러집니다. 이러한 환경에서는 철심 선형 모터(및 자석이 채워진 트랙)가 가장 취약합니다. 일부 액추에이터는 이러한 환경에서 작동하기 위해 철심 또는 무철심 선형 모터와 방진 설계를 적용합니다. 방진 설계는 기존에 선형 축을 보호하는 데 사용되던 벨로우즈와 관련된 문제점을 해결해 줍니다.

일체형 선형 모터 액추에이터를 선택해야 하는 경우는 언제일까요?
선형 모터 액추에이터의 직접 구동 방식은 다양한 산업 분야에서 생산성과 시스템 동역학을 향상시킵니다. 일부 선형 모터 기반 액추에이터는 위치 피드백을 위한 엔코더를 포함하여 벨트 및 볼스크류 기반 시스템에 비해 사용 편의성을 높입니다. 이러한 액추에이터 중 일부는 선형 모터, 가이드 및 광학(또는 자기) 엔코더를 긴밀하게 통합하여 전력 밀도를 더욱 향상시킵니다.

일부 액추에이터의 엔코더는 외부 충격의 영향을 받지 않도록 수평으로 설치됩니다. 이러한 구성은 230V AC 입력을 사용하여 최대 6m/sec의 이동 속도와 60m/sec²의 가속도로 작동할 수 있습니다. 이동 거리가 2m를 초과하는 모듈도 가능합니다. 일반적으로 위치 피드백을 위해 자기 엔코더가 기본으로 제공되지만, 더 높은 정밀도를 위해 광학 엔코더도 사용할 수 있습니다. 그 외에도 멀티 슬라이더 구성은 물론 완전한 XY 및 갠트리 시스템 등 다양한 옵션이 있습니다.

기존 볼스크류 모듈과 비교하여, 선형 모터 기반 액추에이터는 직접 구동 방식 덕분에 다양한 추력 출력 조건에서도 더 높은 정밀도와 속도를 제공합니다. 또한, 긴밀한 통합으로 생산성과 신뢰성을 향상시킵니다. 이러한 액추에이터는 선형 모터 자체, 베이스, 그리고 알루미늄 슬라이더와 위치 피드백을 위한 광학 스케일을 지지하는 넓은 선형 가이드로 구성됩니다. 선형 모터가 무철심인 경우, 알루미늄 슬라이더와 결합하여 경량 설계를 구현하고 빠른 가속을 가능하게 합니다.

일부 소형 선형 모터 액추에이터에는 친환경 윤활을 위해 윤활 패드가 내장된 슬라이더가 포함되어 있습니다. 이러한 액추에이터의 러너 블록 끝단에는 밀폐형 그리스 주입기가 있어 강구 순환을 통해 레이스웨이에 윤활유를 공급합니다. 경우에 따라, 특히 스트로크가 짧은 축의 경우, 옵션으로 제공되는 윤활 패드를 추가하여 유지보수를 줄이고 장기간 작동할 수 있습니다.

일부 액추에이터에 사용되는 무철심 선형 모터는 코깅 현상이 없어 축이 저속 또는 고속으로 움직일 때 안정적인 동작을 유지할 수 있습니다. 일부 설계에서는 광학 선형 엔코더를 사용한 반복 정밀도가 2mm에 달합니다. 또한, 일부 액추에이터는 152mm에서 1,490mm에 이르는 스트로크와 6mm에서 30mm에 이르는 직진도를 제공하기도 합니다.

특별 사례: 클린룸 적용 분야
마지막으로, 특히 짧은 스트로크와 높은 사이클 속도가 요구되는 용도에 적합한 옵션은 자석과 레일이 움직이는 부품인 선형 모터 액추에이터입니다. 이 방식은 케이블 이동으로 인한 단선 문제가 발생하지 않으며, 먼지가 많은 환경에서도 문제없이 작동합니다. 실제로 이러한 액추에이터는 진공 환경이나 클린룸에서도 잘 작동합니다. 코일이 고정되어 있어 열이 장착 구조물로 쉽게 방출되기 때문입니다. 일부 선형 모터 액추에이터는 최대 94.2N 또는 188.3N의 연속 힘과 242.1N 또는 484.2N의 최대 힘을 ​​출력하며, 버전에 따라 3.5A, 7A 또는 14A의 연속 전류를 허용합니다. 스트로크는 최대 430mm입니다.

선형 모터 단계를 지정하는 매개변수
선형 모터를 기반으로 하는 액추에이터 또는 스테이지를 지정할 때 설계의 동작 프로파일의 각 부분에 대해 다음 기준을 고려하십시오.

• 알려진 운동 조건은 무엇입니까?
• 하중의 질량, 시스템 질량, 유효 스트로크, 이동 시간 및 체류 시간은 얼마입니까?
• 구동 조건, 최대 출력 전압, 연속 전류 및 피크 전류는 얼마입니까?
• 시스템에 필요한 인코더 해상도는 어떤 종류인가요? 아날로그 방식인가요, 디지털 방식인가요?
• 액추에이터 또는 스테이지는 어떤 작업 환경에서 작동하게 될까요? 실내 온도는 어떻게 될까요? 기계는 진공 또는 클린룸 환경에 노출될까요?
• 해당 애플리케이션에서 요구하는 동작 정밀도 및 위치 정확도는 무엇입니까?
• 선형 모터 액추에이터 또는 스테이지가 하중을 수평, 수직 또는 각도로 이동시킬 수 있습니까? 설치 장치를 벽에 장착할 수 있습니까? 공간 제약이 있습니까?

이러한 질문에 답하면 설계 엔지니어는 특정 기계 장치에 가장 적합한 선형 모터 설계를 파악하는 데 도움이 될 것입니다.