ほとんどの人は、並列駆動システムをデカルト/ガントリー ロボットに見られるものと考えています。ただし、並列駆動システムは、単一の駆動コントローラーから並列して動作する 2 つ以上のリニア モーターとみなすこともできます。これは、デカルト/ガントリー スタイルのロボットに加えて、サブナノメートルから高ピコメートルの範囲の分解能と位置精度を備えた高精度および超高精度の単軸ロボットなどのモーション制御の他の主要領域をカバーします。これらのシステムは、光学および顕微鏡、半導体製造、工作機械、高力アクチュエータ、材料試験装置、ピックアンドプレイス作業、組立作業、工作機械の取り扱い、アーク溶接などの分野に使用されます。全体として、ミクロンとサブミクロンの両方の世界にアプリケーションがあります。

並列ドライブの問題
すべての平行駆動システムの主な問題は、直交位置合わせ、つまり平行軸を直角に保つ能力です。スクリュー、ラックアンドピニオン、ベルト、チェーンなどの機械駆動システムでは、主な問題は、位置ずれや積み重ね公差による機械システムの拘束です。ダイレクトドライブ システムでは、リニア モーターの取り付け誤差やばらつきにより正弦誤差が発生するという問題も発生します。

これらの問題を克服するための最も一般的な方法は、並列システムの各側を独立して駆動および制御し、それらを電子的に同期させることです。このようなシステムは、単軸システムの 2 倍の駆動および位置検出電子機器を必要とするため、コストが高くなります。また、同期エラーや追跡エラーも発生し、システムのパフォーマンスが低下する可能性があります。

リニアシャフトモーターの並列接続を可能にするのは、応答性の高いモーターです。同じ制御信号が与えられた場合、2 つの同一のリニアシャフト モーターによって生成される動的動作は同じになります。

すべての平行駆動システムと同様に、リニアシャフト モーターは、軸の動きを 1 自由度のみにする機構と物理的に結合する必要があります。これにより、並列リニアシャフト モーターが単一のユニットとして機能し、単一のエンコーダーと単一のサーボドライバーでの動作が可能になります。また、適切に取り付けられたリニアシャフト モーターは非接触で動作するため、システムに機械的な結合が生じることはありません。

これらの記述は、あらゆる非接触リニア モーターに当てはまります。リニアシャフト モーターは、並列アプリケーションで適切に動作できるいくつかの点で他の非接触リニア モーターとは異なります。

リニアシャフト モーターの設計では、永久磁石が電磁場の中心に配置されるため、エア ギャップは重要ではありません。コイルは磁石を完全に取り囲んでいるため、磁場の正味の効果は力になります。これにより、位置ずれや加工の違いによるエアギャップの違いによって生じる力の変動が実質的に排除され、モーターの位置合わせと取り付けが簡単になります。

ただし、重大な問題である正弦誤差は、非接触リニア モーターにおいて力の差を引き起こす可能性があります。

リニアモーターは、リニアシャフトモーターと同様に、同期モーターとして定義されます。実際には、コイルに電流が流されて、磁石トラック内の永久磁石の磁場と同期する電磁石が形成されます。リニア モーターの力は、これらの磁場の相対的な強さと意図的な位置ずれの角度から生成されます。

並列駆動システムでは、すべての磁場が完全に揃っている場合、すべてのコイルと磁気トラックが単一のモーターになります。ただし、コイルや磁気トラックの位置にずれがあると、磁場の位置にずれが生じ、各モーターに異なる力が発生します。この力の差は、ひいてはシステムを拘束する可能性があります。したがって、正弦誤差は、コイルまたは磁気トラックの位置ずれによって生成される力の差です。

正弦誤差は次の式で計算できます。

F_差分=F_世代×罪(2πD_差分/MP_ん)

どこF_差分= 2 つのコイル間の力の差、F_世代= 発生する力、D_差分= 位置ずれの長さ、およびMP_ん= 北から北への磁気ピッチ。

市場にあるほとんどのリニア モーターは、IR 損失と電気時定数を削減することを目的として、北から北への磁気ピッチが 25 ～ 60 mm の範囲になるように設計されています。例えば、30mmのリニアモーターでは、わずか1mmのズレでも問題ありません。んピッチにより約 21% の電力損失が発生します。

リニアシャフト モーターは、はるかに長い北から北への磁気ピッチを使用することでこの損失を補償し、偶発的な位置ずれによって引き起こされる正弦誤差の影響を軽減します。nn ピッチ 90 mm のリニアシャフト モーターで同じ 1 mm の位置ずれが発生しても、電力損失はわずか 7% です。

並列駆動システム
真に正確な位置決めは、フィードバックが作業点の質量中心に直接ある場合にのみ、高精度および超高精度の単軸ロボットでのみ可能です。モーターから発生する力も作業点の質量の中心に集中する必要があります。ただし、モーターとフィードバックをまったく同じ場所に配置することは通常不可能です。

エンコーダを質量の中心に配置し、質量の中心から等間隔に配置された並列リニアシャフト モーターを使用すると、質量の中心で望ましいフィードバックと力の生成が得られます。これは、このタイプの並列ドライブを作成するために 2 セットのエンコーダとサーボドライブが必要な他のタイプの並列ドライブ システムでは不可能です。

シングルドライブ/シングルエンコーダは超高精度の用途に最適であり、ガントリシステムビルダーに大きな利点をもたらします。過去には、システムには、電気的に接続された 2 つの異なるコントローラーを使用して別々のボールねじを駆動する 2 つの異なるモーター、または 2 つのドライブに電気的に接続された 2 つのエンコーダーを備えた 2 つのリニア モーターが搭載されていた可能性があります。システムの剛性が十分に高い限り、2 つのリニアシャフト モーター、1 つのエンコーダー、および 1 つのアンプ/ドライバーから同じ動作を行うことができます。

これは、非常に大きな力を必要とするアプリケーションにとっても利点です。任意の数のリニアシャフト モーターを並列に接続して、それらの力を加算することができます。