힘과 가속력이 탁월한 리니어 샤프트 모터

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I. 리니어 기술과의 비교

리니어 샤프트 모터
리니어 모터는 회전자의 상대장치(고정자)를 ‘평평하게 개방’하여 설계됐다. 모든 로터리 모터에는 리니어 모션에 해당되는 상대 장치가 있지만 반대의 상황은 그렇지 않을 때도 있다.

DC 모터 및 AC 유도, 스테퍼 및 동기 모터에 관련되는 리니어 DC 모터(DCLM), 리니어 유도 모터(LIM), 리니어 펄스 모터(LPM), 리니어 동기 모터(LSM)가 있다. 이들이 하나의 리니어 솔루션으로 제공되지만 고유의 단점을 지니고 있다.

보이스 코일 모터와 마찬가지로 리니어 샤프트 모터의 힘 속도(FV, force velocity) 곡선은 피크 속도에서 피크 힘까지 곧은 직선이다. 리니어 샤프트 모터의 FV 곡선은 세 영역으로 나뉜다.

첫 번째는 연속 힘이다. 냉각판을 포함한 외부 냉각없이 모터가 무한정 작동할 수있는 영역이다.

두 번째는 가속력(Exceleration Force)으로, 외부 냉각없이 40초 동안 모터에 전달할 수 있는 힘이다.

세 번째는 최대 힘(Peak Force)이다. 공급할 수 있는 전력과 듀티 사이클에 의해서만 1-2초로 제한된다.

리니어 샤프트 모터는 특허받은 원형 마그네틱 샤프트를 감싸는 코일 어셈블리(forcer)로 구성된 매우 단순한 디자인이다. 이 디자인은 다른 유형의 리니어 모션 시스템과 비교할 때 많은 이점을 제공한다.

에어 갭

다른 유형의 리니어 모터 기술과 달리 리니어 샤프트 모터의 원통형 디자인은 매우 큰 에어 갭(0.5~5.0mm)으로 설계되어 그렇게 예민하지 않다. 일정한 리니어 힘을 유지하기 때문에 샤프트(자석)에 대한 포서(forcer, 코일)의 정렬 또는 오정렬에 의해 영향을 받지 않는다. 광범위한 가공 및 정렬 시간없이 최종 제품에 빠르고 간단하게 조립할 수 있다.

고효율

특허 받은 샤프트 디자인과 자기장은 비교할 수없는 자기장 강도를 가능하게 한다. 적은 양의 전류가 많은 양의 힘을 생성하도록 만든다. 원통형 디자인으로 구리, 전류 및 자기장이 이동 방향으로 100% 효율로 힘을 생성할 수 있다.

초강성 코어리스 설계

플래튼형(Platen-style) 리니어 모터는 철심(iron core)으로 인해 높은 수준의 강성을 자랑한다. 또한 와전류가 생성되어 적당한 양의 열 방출을 하며 많은 양의 열을 생성한다. 철심은 고정자와 전기자 사이에 많은 양의 흡인력과 선형 운동에 코깅(cogging)을 유도한다.

반면 U자형 리니어 모터에는 와전류 또는 흡인력을 생성하지 않는 에폭시 코어가 있다. 이러한 유형의 모터는 유사한 철심 모터의 1/125인 강성을 가지고 있다. 자석 궤도와 매우 낮은 열전도를 지닌에폭시 사이에 코일을 끼우면 매우 제한되는 모터가 된다. 리니어 샤프트 모터는 유사한 크기의 플래튼형 리니어 모터보다 4배 빠른 속도로 열을 발산하며 U자형 모터보다 100배 더 나은 모터 강성을 갖도록 설계됐다.

리니어 샤프트 모터의 장점

•소형 및 경량: 기존 유형의 리니어 모터와 비교할 때 무게 감소
•코깅: 코어리스(아이언리스) 설계로 자기 코깅이 발생하지 않음
•대형 에어 갭: 예민하지 않은 0.5~5.0mm 환형 에어 갭으로 설치 및 정렬 용이
•고효율: 모든 종류 리니어 모터의 최고 효율
•밀폐형 자석: 다양한 환경에 쉽게 통합
•자속의 효율적 사용(magnetic flux): 포서가 자석을 둘러싸고 있어 자속 최대 활용 가능

리니어스테핑 모터

•개방 루프 또는 낮은 서보 강성
•제한된 힘과 속도

플래튼형 리니어 모터

•정밀한 에어 갭 필요
•고정자와 전기자 사이의 큰 힘
•노출된 자석 궤도

피에조 모터

•측면 로딩
•지속적인 접촉으로 마모
•가청 소음 발생
•맞춤형 전자부품 필요

선형 유도 전동기

•일반적으로 복잡한 냉각 필요
•고정자와 전기자 사이의 큰 힘
•고전력 소비 전기자 코일

U자형 리니어 모터

•샌드위치 형으로 인한 열 방출 제한
•디자인에서 부분적인 자속 사용
•제한된 기계적 강성

II. 로터리-리니어 기술과의 비교

리니어 샤프트 모터는 부하 위치를 직접 추력한다. 로터리-리니어 변환 메커니즘이 필요없다.(예: 볼 스크류, 랙 및 피니언, 톱니 벨트)

윤활 또는 조정 유지 보수 불필요

리니어 샤프트 모터는 볼 스크류 및 벨트 구동 시스템과 마찬가지로 그리스가 필요 없다. 마모 또는 노화로 인한 성능 저하도 없다. 유지 보수가 필요 없으므로 수명 기간 동안 상당한 비용 절감 효과가 있다. 샤프트와 포서 사이의 에어 갭은 볼 스크류 시스템에 필요한 가이드 위치 조정 또는 동심 조정과 같은 조정이 필요하지 않다.

소음 및 먼지없는 작동

볼스크류 및 공압 시스템과 비교하여 비접촉식 리니어 샤프트 모터는 먼지와 소음이 일어나지 않는다. 클린룸 환경에만 적용할 수 있는 것은 아니기 때문에 소음과 먼지를 줄여줌으로 작업 환경을 크게 향상시킨다.

속도 변동

리니어 샤프트 모터는 코어리스이므로 균일한 속도를 제공한다.

리니어 샤프트 모터의 장점

•간단한 기계적 배열(최소한의 움직이는 부품)
•직접 스러스트 모터(백래시 없음, 마모 없음)
•넓은 속도 범위(8µm/sec~>10m/sec)
•부드러운 모션(실질적으로 속도 변동이 없음)
•조용함(조용한 모션)
•유지 보수가 필요없음(모터 내부 움직이는 부품이 없음)
•관성 감소(이동 질량 감소)
•감소된 전력 요구량(직접 구동 시스템은 결합 시스템보다 효율적임)

매우 높은 정밀도, 저속 균일성와 높은 반복성

리니어샤프트 모터는 볼 스크류에서 달성할 수 없는 정밀도를 가능하게 한다. 다른 리니어 메커니즘에 의해 제한되는 고정밀 프로세스 수율을 대폭 향상시킬 수 있다. (참고: 반복 위치 정확도는 리니어엔코더의 분해능에 따라 다르다. 충분한 기계 강도가 필요하다. 절대 위치 정밀도는 기본적으로 리니어엔코더에 따라 좌우되며 리니어 샤프트 모터의 열로 인해 팽창 또는 수축하지 않는다.)

높은 정밀도 유지하면서 고속 모션 실현

고속모션에서 리니어 샤프트 모터는 볼스크류에서의 이동시간을 단축시킨다.

환경 변화에 대한 저항력

정밀한 모션을 위해 다른 리니어 메커니즘에는 온도 제어를 포함하여 엄격한 작업 환경 제어가 필요하다. 리니어 샤프트 모터는 직접 접촉없이 작동하기 때문에 환경 변화에 영향을 받지 않고 일정한 정밀도를 유지한다. 이로 인해 에어 컨디션에 필요한 제어 비용을 크게 줄일 수 있다.

정밀도

리니어 샤프트 모터를 사용하면 다음과 같은 이점이 있다.

•부품 수 감소
•공간 절약
•위치 가이드 및 동심원으로 조정할 필요가 없다.
•기본 가공 비용 및 시간 감소
•로터리-리니어 기술에 비해 설계 비용 절감

자료 제공: Nipponpulse(Nipponpulse.com)