リニアモーターによるモーションコントロールの革命

Jun 19, 2023

リニア モーターは、従来の回転モーター駆動のリニア アクチュエーターと比較して、より高速、より正確、より信頼性の高いパフォーマンスにより、モーション コントロールの可能性を再定義しました。 リニアモーターのユニークな特性は、機械的な動力伝達コンポーネントを使用せずに負荷を移動させることです。 代わりに、モーター コイルの磁場によって生成される線形力が負荷に直接結合されます。 これにより、回転運動を直線運動に変換する機械装置が不要になり、システムの寿命、精度、速度、および全体的なパフォーマンスが向上します。

生産性の向上、製品品質の向上、迅速な開発時間、エンジニアリングコストの削減に対する需要が高まるにつれ、モジュール式リニアモーター設計を活用することにより、リニアモーター技術の採用がますます一般的になってきています。 これらは、計測学、精密切断システム、半導体およびエレクトロニクス製造装置、ウェーハハンドリング、リソグラフィー、画像検査システム、医療機器およびデバイス、テストシステム、航空宇宙および防衛、組立ラインオートメーション、印刷およびパッケージングアプリケーション、その他多くの用途に使用されています。高スループットと高精度の直線運動が必要な場合。

今日、新世代のモジュラー リニア モーターが状況を一変させました。 ターンキーモジュラーリニアモーターはシステムに簡単にボルトで固定でき、すぐに稼働できるようになり、エンジニアリング時間を大幅に短縮します。 エンジニアは、モジュラー リニア モーター テクノロジーの強力な利点を、数か月、場合によっては数年ではなく、わずか数日で機械設計に活用できるようになりました。

リニア モーター システムを構成する 9 つの主要コンポーネント:

ベースプレート

モーターコイル

永久磁石トラック (通常はネオジム磁石)

モーターコイルと負荷を接続するキャリッジ

キャリッジがガイドされ、ベースに接続されるリニア ベアリング レール

位置フィードバック用のリニアエンコーダ

エンドストップ

ケーブルトラック

マグネット トラック、エンコーダ、リニア レールを環境汚染から保護するオプションのベローズ。

リニアモーター設計のコンポーネントは、高精度で再現可能なプロセスで機械加工および組み立てられる必要があります。 これらの部品を適切に配置することが重要であり、かなりの詳細な設計と組み立てスキルが必要です。 たとえば、磁気トラックと可動モーター コイルは平らで平行であり、間に特定のエア ギャップを持って取り付けられている必要があります。 可動コイルは、磁気トラック上の平行な精密リニア ベアリング レールに接続されたキャリッジ上に搭載されています。 リニア スケールと読み取りヘッドを備えた位置エンコーダは、リニア モーターのもう 1 つの重要な部品であり、適切な位置合わせ手順と最大 5 G の加速度に耐える堅牢な取り付け設計が必要です。 モジュール式リニアモーターでは、これらの詳細はすでに考慮されており、箱から出してすぐに事前設計されています。

リニアモーターの動きを制御するために、高度なモーションコントローラーとサーボドライブが使用されています。 リニアモーターは、剛性と周波数応答に関して明確な利点を持っています。 特定の周波数範囲では、従来のボールねじの 10 倍以上の顕著な剛性を示します。 この特性により、リニア モーターは、外部外乱があっても、高い位置および速度ループ帯域幅を驚異的な精度で処理できます。 10 ～ 100 Hz の共振周波数に遭遇することが多いボールねじとは異なり、リニア モーターはより高い周波数で動作し、共振が位置ループ帯域幅をはるかに超えています。

ただし、機械式トランスミッションの除去にはトレードオフが伴います。 ボールねじなどの機械コンポーネントは、機械の力、固有共振周波数、または軸を横切る振動による外乱を低減するのに役立ちます。 それらを排除すると、リニアモーターはそのような混乱に直接さらされることになります。 したがって、これらの外乱を補償することは、モーション コントローラーと駆動電子機器の責任となり、サーボ軸に直接作用して、これらの外乱に正面から取り組む必要があります。 そこで、今日の洗練された閉ループ動作アルゴリズムが登場し、共振を排除し、優れた位置ループ制御を提供します。