리니어모터의 종류별 특성 및 응용분야는?

리니어모터는 역사가 길다. 이미 18세기 중반 섬유공업의 방적기에 사용되는 제품으로 발명된 리니어모터는 1946년 미국웨스팅하우스에서 리니어모터를 이용한 ElectroPult가 개발되기도 했다.  이후 1950년 영국의 Laithwaite 교수는 리니어모터에 관한 이론을 통한 체계적이고 합리적인 연구를 시작한 바 있으며, 이를 통해 현재 리니어모터는 FA기기 등 각종 자동화 시스템 분야에서 응용 중이다. 그 외에도 자기부상열차, 리니어모터카 등의 수송기관, OA, HA 등에서 광범위하게 사용되고 있는 실정이다.

리니어 모터의 원리

리니어모터는 일반 회전형 모터를 축방향으로 잘라놓은 형태를 지닌다. 특히 일반모터가 회전형의 운동력을 발생시키는 것에 비해 직선방향으로 미는 힘인 추력을 발생시키는 점이 다르나 구동원리는 근본적으로 같다고 보면 된다.

리니어모터의 특징

리니어모터의 장단점은 다음과 같다. 먼저 단점의 경우 회전형모터는 회전방향으로 무한 연속운동을 하지만, 리니어모터는 구조적으로 길이가 유한하다는 단점을 지닌다. 이를 단부효과라 하는데, 횡방향 모서리효과 등에 의해 모터의 추력 및 수직력 등의 손실은 물론 그 분포를 왜형시켜 운전 특성을 나쁘게 할 수 있다. 공극에서도 단점을 지닌다.

회전형 모터에서의 공극은 축방향으로 대칭이나, 리니어모터는 수직력이 전자석이나, 바퀴, LM가이드 등의 지지장치에 크게 작용해 부하의 중략이 증가된 것으로 나타난다. 따라서 이 문제를 해결하기 위해 근본적으로 공극을 크게 하는 것. 이에 따라 회전형 모터에 비해 누설자 속의 증가, 자회전류의 증가, 역률 및 효율의 악화 등은 리니어모터가 지닌 단점이라 할 수 있다. 반면, 리니어모터는 일반 회전형모터에 비해 직선구동력을 직접 발생시키는 특유의 이점이 있으므로 직선구동력이 필요한 시스템에서 회전형에 비해 절대적으로 우세하다. 즉 직선형의 구동시스템에서 회전형모터에 의해 직선구동력을 발생시키고자 하는 경우에는 스크류, 체인, 기어시스템 등의 기계적인 변환장치에 의한 마찰에 의한 에너지의 손실과 소음발생이 필연적이므로 매우 불리하게 된다.

하지만 리니어모터를 응용하는 경우는 기계적인 변환장치가 전혀 필요치 않아, 시스템이 간단하고, 에너지 손실이나 소음을 발생시키지 않으며, 운전속도에도 제한을 받지 않는 등의 특유의 특성이 있게 된다. 따라서 계통의 효율적인 운전과 기능에 있어서 회전형에 비해 절대적으로 유리한 장점을 리니어모터가 지니고 있다.

리니어모터 특성의 장단점(회전형모터와 비교 시)
 

리니어모터를 사용하는 경우

리니어모터의 응용분야

다양한 특성을 지닌 리니어모터는 응용분야도 매우 다양하다. 먼저 FA기기의 경우 공작기계의 위치결정 장치, 로봇 이송장치, 용융금속의 구동제어 등에서 활용될 수 있다. 또한 OA기기의 경우, 디스크 드라이브 장치, 프린터 장치, 플로터 장치 등에 응용할 수 있고, 반송시스템의 경우, 공장 내 반송, 클린 룸 내 반송, 건물 내의 입체 반송, 고속 구분장치 등에도 응용되어 사용할 수 있다.
 

그 외에도 수송 시스템의 경우 초전도 자기부상 철도, 상전도 자기부상 철도, 철차륜식 리니어 모터카, 리니어 엘리베이터 등에도 응용되며, 그 밖에 인공심장, 미소중력 시험장치, 비철금속 회수장치, 미분체 제조장치, 커튼 개폐, 각종 시험장치, 기타 리니어모터 등 광범위하게 활용된다.

리니어모터의 종류별 응용특성

리니어 동기모터(LSM) 적용 시 고려사항

리니어 동기모터를 적용할 때는 다양한 사항들을 고려해야 한다. 먼저 회전형모터와 달리 양단부를 가지는 구조적 요인으로 발생하는 End Effect를 고려해야 하는데, 이유는 전류의 상간 불평형을 초래해 제어성을 저하시킬 수 있기 때문이다.

※토크 발생 매커니즘

1. Self Inductance의 변화 → Reluctance 토크(SRM)
2. Mutual Inductance의 변화 → Mutual, Alignment 토크(IM, SM, BLDC)

※Mutual Inductance의 변화로 토크를 발생시키는 경우 일반적으로 Self Inductanced의 변화가 일어나며, 이것은 기생토크의 역할을 한다. 특히 모터의 Stator 혹은 Rator의 슬롯의 의해 발생하는 기생토크를 Cogging 토크라 한다.

세우산전 리니어모터의 특징

리니어모터 기술체계

설계, 제작 기술로 응용할 수 있는 리니어모터의 장점은 디렉트 드라이브로 종합효율이 양호하고, 유지 보수비가 저렴하며, 자유도가 높은 구조를 가지고 있다는 점이다. 반면, 지지기구가 필요하고, 누설자속이 많으며, 효율 및 역률이 회전형보다 낮다는 단점도 지닌다. 이런 리니어모터는 주변기술로 고성능 센서, 현대 제어이론, H 제어, 퍼지제어, 벡터제어, 마이크로 스텝 구동에 응용되어 계측제어 기술 발전에 기여할 수 있다. 뿐만 아니라, 영구자석재료, 초전도 재료 등 재료기술의 진보에도 응용되어지며, GTO, IGBT의 대용량화 및 파워모듈, 다중 인버터 등 파워일렉트로닉스 기술의 발전에도 기여하며 대출력화, 콤팩트화, 고성능화, 고정도화 등 리니어모터로서 특징을 가진 응용이 가능하게 됐다.
 

세우산전은 1995년 산업용 DC모터를 생산하기 시작하여 BLDC, 리니어모터로 영역을 확대했다. 특히 부품소재기술사업회사로 다수 선정되어 개발과제 수행과 동시에 개발, 연구를 진행할 수 있는 전문 지식과 제작 노하우를 보유한 회사로 성장했다. 세우산전의 모든 임직원은 할 수 있다는 자신감과 도전정신으로 수입에 의존하던 BLDC와 리니어를 국산화 하는데 성공하여 토종 브랜드로서의 이지를 구축하는 동시에 어떤 조건, 상황에서도 대응이 될 수 있는 다양한 제품으로 산업현장에서 외산 제품과 치열한 경쟁을 벌여 시장확대에 주력하고 있다.

“고객 여루분들의 성원과 꾸준한 호응으로 수많은 난관과 어려움을 헤쳐온 세우산전은 앞으로 더욱 더 많은 투자와 연구 개발로 모터 시장을 선도해 나가는 회사가 되도록 노력할 것입니다”

자료제공 | 세우산전(www.sewoomotor.com)