리니어모터의 모든 것 (종류, 장단점, 구동원리, 자기부상열차)
리니어모터란?
리니어모터는 평평하게 펼친 일반 회전형 모터이다.
■ 공통점 : 일반 회전형 모터를 축방으로 잘라 높은 형태를 갖고 있지만 동작 원리는 회전형모터와 동일하다.
■ 차이점 :
1) 일반 회전형 모터는 회전형의 운동력을 발생시키나 리니어모터는 직선방향으로 미는 힘, 즉 추력을 발생시키는 점이 다르다.
2) 일반 회전형 모터는 회전자가 돌아가지만 고정자는 고정되어 있으나, 리니어모터는 회전자 또는 영구자석 트랙 중 하나를 움직이게 할 수 있다.
리니어모터의 종류?
1) LIM(Linear Induction Motor) : 대추력을 얻기 위한 리니어 유도 모터 (위치 결정요소)
2) LSM(Linear Synchronous Motor) : 고속 운송을 위한 리니어 동기 모터 (고속 및 대추력 제어에 적합)
3) LPM(Linear Puslse Motor) : 개루프 위치 서보를 위한 리니어 펄스 모터 (저추력 및 고위치 결정 정도 제어에 적합)
4) LDM(Linear Direct-current Motor) : 고정밀도 위치 결정을 위한 리니어 직류 모터 (폐루프 제어가 잘되어 제어가 간단함)
종류마다 특성이 다르기 때문에 비교하여 적재적소에 잘 응용해야 한다.
리니어모터의 장점
- 모터의 추력과 관성의 비가 약 30:1로 높아 모터 출력의 대부분이 부하를 이송하는데 매우 효과적임.
- 최고 속도는 모선 전압과 제어 전자장치의 속도로 결정되며 전형적인 속도는 초당 1~10미터
- 가감속 성능이 뛰어나 제어성이 우수하고 신뢰성이 높음
- 높은 정확도를 가지고 있으며 분해능, 반복성은 피드백 디바이스를 통해 제어 가능합니다.
- 디바이스의 응답률은 디바이스의 기계적 전송 시 100회 이상 될 수 없는데 그렇기 때문에 더욱 빠른 가속과 장착 시간을 가져 많은 처리량을 수용할 수 있음.
- 기계적 연결이 없고, 높은 견고성과 함께 기계적 전송 요소가 없기 때문에 백래쉬 또한 존재하지 않음. (* 백래쉬 - 기계에 쓰이는 나사, 톱니바퀴 등이 서로 맞물려 운동하는 기계 장치 등에서 운동방향으로 일부로 만들어진 틈)
- 현대의 리니어모터(Linear Motor)는 접촉되는 부분이 거의없어 마모되지 않음 > 부품 교체가 거의 없음 > 마찰이 없어 에너지 손실도 없음
- 기계식 전달 장치가 불필요하여 구동 시스템상의 관성 및 소음 작용이 현저히 낮음
- 소형, 경량화로 시스템의 경년 변화가 적음
- 원심력에 의한 가속 제한이 없어 초고속 운전이 가능함
리니어모터의 단점
- 다른 작동 장치를 이용하는 경우보다 비용이 많이 듦
- 수요에 따라 변경되긴 하지만 낮은 제조량을 보임
- 가동부와 고정부 사이의 공극을 일정하게 유지하기 위해서는 지지 구조가 필요함
- 회전형 모터와 달리 구조적으로 단부가 존재하므로 End effect 가 발생함 (*End effect(단부효과) - 회전형 모터는 회전 방향으로 무한 연속 운동을 하지만 리니어모터(Linear Motor)는 구조적으로 길이가 유한하여 입구단(Entry end)과 출구단(Exit End) 이 존재하게 되는데 이 부분이 누설 자속과 에너지의 왜형 및 손실을 유발하여 특성을 악화시키게됨)
- 마찰이 없다는 장점을 가지고 있지만 역으로는 자동 브레이크 기능을 가지고 있지 않음
리니어모터의 구동 원리
근본적인 구동원리는 플레밍의 왼손 법칙이며, 리니어모터는 서로 마주보는 두 평평한 판이 마치 서로 미끄러지듯 움직이는 구조이다.
위 사진은 리니어모터 구조를 나타내고 있으며, 이동자(계자), 고정자(전자석, 혹은 영구자석)으로 구성되어 있다. 이동자는 전자석 운동 방향으로 움직이는데, 이는 이동자(계자)에서 전류가 뒤에서 앞으로 나오고 (I), 고정자쪽 아래에서 위로 발생하여 이에 수직방향(우에서 좌로)으로 힘이 발생한다.
즉, 이동자의 전자석에서 전류를 흘려 극변화를 시키고 고정자의 극과 같으면 밀어내는 힘이 작영하고 극이 다르면 서로 당기는 힘이 작용해 직선운동을 하게 된다.
리니어모터와 자기부상열차
부상원리 : 자기부상열차는 전자석을 이용한 상하 리니어 모터 구조로서 전자석에 전원을 공급해 자력을 발생시키면 자력에 발생한 전자석에 레일과 붙으려는 힘이 생긴다. 이때, 전압을 조정해 열차와 레일 간격을 8mm로 일정하게 유지한다.
추진원리 : 레일과 나란히 달려있는 리니어모터에 전원을 공급하면 8mm 떨어진 레일에도 전류가 흘러 자기장이 발생한다. 리니어 모터와 레일 전자석은 같은 극끼리는 서로 당기고 다른 극끼리는 서로 밀며 앞으로 열차가 나아가게 된다.
참고자료 :
https://blog.naver.com/kspark222/221693826820