샤프트 리니어 모터의 특성과 장단점

종종 ‘샤프트 리니어 모터(tubular linear motor)’라고 하는 유형이 산업 분야에서 큰 인기를 얻는다. 패키징과 의료 산업에서 공압에 대한 이상적인 대체품으로서, 서로 비슷한 폼 펙터보다 더 효율적이며, 신뢰성도 높다.

일반 리니어 모터와 마찬가지로, 샤프트 리니어 모터에는 두 가지 주요 부분인 영구 자석과 권선이 감긴 고정자가 있다. 그러나 샤프트 리니어 모터 설계에서 자석은 평면 트랙에 깔리지 않는다. 그 대신에 원판 모양의 자석이 튜브(흔히 thrust rod라고 함)에 박혀 있고, 고정자( forcer라고도 함)가 튜브를 둘러싸고 있다.

샤프트 모양 디자인은 평평한 리니어 모터보다 몇 가지 중요한 이점이 있다. 우선 영구 자석에 모든 자속을 이용해 힘을 발생시킨다. 로렌츠 힘의 원리에 따르면, trust rod 자석과 고정자 코일의 상호 작용으로 만들어진 힘은 자기장과 전류에 대해 지각으로 흐른다.

이 두 속성으로 샤프트 리니어 모터의 효율이 높아진다. 효율이 높으면 열 발생량이 적다. 따라서 열에 의한 부속품의 팽창과 수축이 적고, 외부 부하로 전달되는 열량이 적다. 높은 효율과 적은 발열의 결과로 위치 정확도는 높아진다.

샤프트 모양 디자인에서 힘 생성은 고정자와 trust rod 사이의 에어 갭이 문제되지 않기 때문에 구동 전류의 선형 함수이다.

즉, 에어 갭이 스트로크의 길이에 따라 변하더라도 모터의 힘 생성은 똑같이 유지된다.

평면 리니어 모터에 비해 샤프트 디자인의 또 다른 장점은 콤팩트한 구성이다. 샤프트 리니어 모터는 고정자(Forcer)가 움직이고 trust 관이 고정돼 있거나 혹은 고정자가 고정된 상태에서 작동할 수 있다. Trust 관을 움직이는 것은, 공압 실린더를 대체시키는 좋은 속성이 된다. 공압 실린더는 막대가 연장과 수축되어 밀거나 당기는 작업을 한다.

평면 리니어 모터와 마찬가지로 코일을 감싼 고정자에 아이언을 쓸 수도 있다. 또, 아이언이 없는 고정자를 써서 구성할 수도 있다. 아이언리스 타입은 적은 힘을 만들어내지만 코깅이 발생하지 않으므로 저속에서도 매우 부드럽게 동작한다.

샤프트 디자인은 고정자와 trust rod 사이의 인장력과 반발력을 효과적으로 조절한다. 때문에 고정자에 아이언 코어가 있는 샤프트 디자인은 편평한 아이언 코어 유형보다 이점이 많다. 아이언 코어 평면 유형만큼 아이언코어 관형 디자인의 조립은 어렵지 않다. 그러나 평평한 리니어 모터에서처럼 샤프트 아이언 리니어 모터는 코깅이 발생한다.