リニア モーターは、優れた推力と非常に高い位置決め精度により、高い加速率と長い移動距離を達成できますが、ベルト、ネジ、ラック アンド ピニオンなどの他の駆動機構では、これらの要件の少なくとも 1 つを犠牲にする必要があります。その他。このため、リニア モーターは、計測や半導体製造などの非常に動的な用途に最適な選択肢となります。

実際、その性能仕様に基づくと、リニア モーターは、リニア モーション アプリケーションでよく見られる競合する要件に対処するための完璧なソリューションであるように見えます。しかし、そうすると「なぜリニアモーターがもっと広く採用されないのか？」という疑問が生じます。

リニア モーターの採用率が、ベルト、ネジ、ラック アンド ピニオン ドライブなどの他の駆動技術に比べて依然として遅れている理由を理解するために、リニア モーター設計の利点と欠点をいくつか見てみましょう。

発熱と放熱

回転式であれリニア式であれ、モーターのサイズを決めて選択する際に考慮すべき主な考慮事項の 1 つは熱です。実際、特定のモーターとドライブの組み合わせにおける連続および断続的な動作範囲を示すトルク (または力) 対速度の曲線は、指定された動作条件下でのモーターの熱放散能力に基づいています。

リニアモーターでは、モーター巻線を含むフォーサーに負荷が取り付けられるため、回転モーターよりも発熱がさらに問題となる可能性があります。(一部のリニア モーター設計では、負荷をマグネット トラックに取り付けることができますが、これは短いストロークの場合にのみ可能です。) また、鉄を使用しないリニア モーターでは、巻線がエポキシで封止されているため、熱を簡単には放散しません。鉄やアルミニウムなどの金属。

これは、熱が負荷や周囲のコンポーネントに伝わりやすく、熱膨張、劣化、または極端な場合には損傷や故障を引き起こすことを意味します。負荷が影響を受けない場合でも、熱の蓄積によりモーターの連続出力が低下する可能性があります。これに対処するために、一部のアプリケーションでは強制空冷または液体冷却が必要となり、コスト、設置面積、複雑さが増加します。

汚染からの保護

オープン設計と露出した磁石のため、フラット鉄心リニア モーターと U チャネル鉄なし設計は汚染から保護することが困難な場合があります。サポートしているリニア ガイドはさまざまな既製のシールやスクレーパーで保護できますが、リニア モーターの露出した磁石は、機械加工作業や単に製造環境や工場環境でよく見られる空気中の汚染物質から鉄粒子を引き付ける可能性があります。また、液体による汚染は、敏感な電子機器に損傷を与えたり、フィードバック システムに干渉したりする可能性があります。

もちろん、カバーや外部構造は汚染から保護するように設計できますが、それらによりモーターの熱放散がより困難になり、上記の熱関連の問題が悪化する可能性があります。

振動や発振を補償する

リニア モーター ソリューションの重要なセールス ポイントの 1 つは、モーターと負荷の間にネジ、ベルト、ギアボックス、カップリングなどの機械的動力伝達コンポーネントが不要になることです。これは、リニア モーターがバックラッシュ、ワインドアップ、およびコンプライアンスの影響を受けないことを意味します。これは、非常に高い位置決め精度を達成し、素早い加速および減速レートで非常にダイナミックな動きを実行する能力の主な要因です。

しかし、機械式トランスミッションコンポーネントは、振動に対する減衰機構を提供し、機械加工の力や負荷の動きによって誘発される振動からの反作用などの外乱を減衰させることで、モーションシステムに有益な場合があります。そして、この「内蔵」減衰効果がないと、振動や振動により、リニア モーターが望ましい位置決め精度や整定時間を達成できなくなる可能性があります。

システムがこれらの減衰されていない振動や発振の影響に確実に反応し、補正できるようにするために、リニア モーター システムでは多くの場合、より高い周波数の速度、位置、電流 (力) 制御ループと、より高い電流ループ帯域幅が必要になります。位置フィードバック システム (通常は光学式または磁気式リニア エンコーダ) も、コントローラーがモーターと負荷の位置をより正確に追跡できるように、より高い分解能を備えている必要があります。機械のフレームや支持構造であっても、衝撃や振動の影響を比較的受けにくく、リニア モーターによって生成される力に耐えられるように（高い固有振動数で）十分な剛性を持たせる必要があります。

言い換えれば、振動や外乱を補償するためのコンポーネントが少ないため、システムが動的で高精度のパフォーマンスを達成するには、フィードバックと制御ループがより高速かつ正確に通信できなければなりません。

初期費用と総所有コストの比較

そして最後に、リニアモーターの普及を制限する主な要因の 1 つは、引き続き初期費用です。一部のアプリケーションでは、リニア モーター ソリューションの総所有コスト (TCO) が従来のベルト、ネジ、ラックアンドピニオン ソリューションよりも低いことを示す比較は数多くありますが、リニア モーター システムの初期費用が依然として障壁となっています。限られた予算内で性能仕様を満たすことを使命とするエンジニアやデザイナー向けの採用です。好例: リニア モータ ソリューションが優れている分野の 1 つである非常に長い移動距離を持つアプリケーションの場合、移動要件を満たすための磁石と高分解能リニア エンコーダのコストが、リニア モータ ソリューションの価格を考慮に入れていない可能性があります。

非伝統的なアプリケーションがリニアモーターの採用率の増加を促進

発熱、汚染からの保護、高帯域幅制御、コストなどの潜在的な問題にもかかわらず、リニアモーターの採用率は高まっています。かつては、半導体、計測、重負荷機械加工用途向けのニッチなソリューションとみなされていましたが、鉄心、鉄なし、およびチューブラ リニア モータは、現在では、自動車、食品および包装、印刷の用途で使用されています。精度要件は厳しいものですが、コンポーネントの数が減り、ダウンタイムが減り、スループットが高くなるという利点があるため、追加のコストと設計の考慮事項が正当化されます。