리니어 서보 모터란
리니어 서보 모터는 회전축을 내장하지 않은 전기 모터 중 기계 제어에 활용되는 서보 기구에 사용되는 직선 운동이 가능한 모터를 말합니다.
일반적인 모터가 회전형 운동을 하는 반면, 리니어 모터는 일반적으로 직선형 운동을 합니다. 리니어 모터 자체는 리니어 모터카 등으로 널리 알려진 구동 추진을 위한 장치이며, 서보 모터는 서보 기구에서 위치, 속도 등을 제어하는 용도로 사용하는 모터입니다.
지금까지는 산업기계나 측정기의 직동안내 시스템에서 회전형 서보모터가 주류를 이루었으나, 최근에는 영구자석에서 발생하는 자속과 코일에 흐르는 전류의 작용(플레밍의 왼손의 법칙)에 의해 움직이는 리니어 서보모터가 주목받고 있습니다.
리니어 서보 모터의 사용 용도
리니어 서보 모터의 사용 용도는 다양합니다. 특히 크기에 따라 사용 용도가 달라집니다.
1. 소구경 (Φ4~12mm)
데스크탑 타입의 장치에 사용됩니다. 산업용 제품이나 바이오 바이오 관련 등의 관찰 용도가 주를 이룹니다. 고해상도 이미지와 그 이미지 처리가 요구되는 분야에서는 샤프트 모터의 고분해능이 요구됩니다.
2. 중경 (~Φ35mm)
이 사이즈는 가장 많이 채택되어 고추력, 고정밀, 고속이 요구되는 분야, 공작기계 및 반도체 장비의 각종 위치결정 및 가동부 등에 널리 사용되고 있습니다.
3. 대구경 (~Φ60mm)
기타 큰 가속 추력이 필요한 특수한 기계에 사용됩니다.
리니어 서보 모터의 원리
리니어 서보 모터의 직선적인 동작은 자석을 축으로 한 샤프트와 코일이 들어간 가동자로 구성된 리니어 모터가 코일에 흐르는 전류와 영구자석에서 발생하는 자속과의 작용, 즉 플레밍의 왼손 법칙에 의해 추력이 발생하는 원리를 이용하고 있습니다.
일반적으로 샤프트는 스테인리스강으로 만든 파이프 안에 자석을 균등하게 채워 넣고, 가동자는 샤프트를 감싸도록 감긴 3상 코일로 구성됩니다. 가동자는 샤프트와 접촉하지 않고, 내장되어 있어도 추력 자체에는 영향을 미치지 않으며, 설치가 간단하다는 특징이 있습니다. 영구자석에서 발생하는 자기 유도 번들과 코일에 흐르는 전류의 작용으로 추력이 발생하여 작동합니다.
샤프트를 사용한 모터의 특징은 정밀도가 높은 리니어 스케일을 사용하면 고정밀 위치 결정이 가능하고, 백래시가 없으며, 코어가 없는 상태이기 때문에 코깅이 거의 발생하지 않는 점 등이 있습니다. 참고로 코깅은 모터에서 샤프트와 가동자 사이의 자기적 인력이 회전 각도에 따라 미세하게 진동하는 것을 말합니다.
내부에 나사나 너트 등의 기계 구조가 없기 때문에 고속 운동이 가능하다. 운동 정밀도가 우수한 반면, 고정된 쪽과 운동하는 쪽이 접촉하지 않기 때문에 강성이 낮아 저항이 큰 중절삭에는 적합하지 않습니다. 반도체 등 전자 부품이나 의료 부품 등의 가공에 사용되는 장비에 사용됩니다. 크기가 작고 구조가 단순하다는 것이 장비에 탑재할 때 장점입니다.
리니어 서보 모터의 기타 정보
1. 리니어 서보 모터를 액추에이터에 활용할 때의 이점
최근의 고성능 산업기계에서 요구되는 항목으로 고정밀 가공과 가공의 고속화를 꼽을 수 있습니다. 리니어 서보 모터가 상용화되기 이전에는 리니어 동작용 액추에이터로 회전형 모터와 베어링을 구성 요소로 하는 볼스크류의 조합으로 회전 방향의 동력을 직선 방향의 동력으로 변환하는 방식을 사용했습니다.
기존 방식으로는 정확도 향상과 동작 속도를 동시에 달성하는 것이 기술적으로 어려웠고, 유지보수 빈도도 높아지는 경향이 있었습니다. 그러나 리니어 서보 모터는 비접촉식이기 때문에 고속 동작이 우수하고, 위치 결정의 정확도가 높으며, 유지 보수가 필요 없는 많은 장점을 가지고 있습니다.
2. 리니어 서보 모터를 액추에이터에 활용할 때의 과제
리니어 서보 모터를 공작기계에 적용할 때의 과제는 출력 밀도와 제어성에 있습니다. 기존 회전형 모터와 볼스크류로 구동하는 것에 비해 동작의 제어성이 어렵고, 높은 출력 밀도를 확보하기 위해서는 높은 기술력이 요구됩니다.
최근 업체들의 기술 혁신으로 이러한 문제들이 극복되어 점차 리니어 서보 모터가 공작기계 및 산업기기에 널리 사용되고 있습니다.