磁気ダイレクトドライブ

ボイスコイル リニア トルクモータ

高精度
ハイダイナミクス
高駆動力:高トルク
コンパクトデザインで大きなストローク
高い動作サイクルでも長寿命
パフォーマンス特性の個別設計

ボイスコイル、リニア、またはトルクモータなどのドライブは、電磁ダイレクトドライブです。直接駆動では、駆動要素の力は移動する負荷に直接伝達されます(たとえば、カップリング、駆動ねじ、ギアヘッドなどの機械的伝達要素なしで、線形または回転テーブルに)。電磁ダイレクトドライブは、電流が流れると磁場が形成される巻線体(コイル)と、磁石が取り付けられたキャリアまたは磁石ア​​センブリで構成されます。

負荷の加速のための力またはトルクはローレンツ力によって生成されます。この力は、磁場の強さと電流が流れる導体に流れる電流に比例します。電気エネルギーはここで機械エネルギーに変換されます。生成された力は、電流の方向に応じて双方向に作用します。原則として、巻線体(「可動コイル」)または磁石ア​​センブリ(「可動磁石」)のいずれかを動かすことができます。可動部は二次部と呼ばれ、静的部は一次部と呼ばれます。


PI社には、磁気ダイレクトドライブを搭載した多くの標準および顧客固有の位置決めソリューションがあります。またガイド、センサー、制御技術、ソフトウェアなどの必要なシステムコンポーネントの設計、構築、製造においても長年の経験を持っています。PI社は、例えば、高い力密度やコンパクトな設計を実現するために、現在市販されている駆動コンポーネントを使用しても到達できない特定の性能特性を位置決めシステムが必要とする場合、独自の磁気モータを開発できます。社内で開発されたこれらの独自のモーターはPIMag®ブランド名で識別され、これらのPIモータを使用する位置決めシステムはDriven byPIMag®ロゴで識別されます。


ボイスコイルモータ

コンパクトな設置スペースで高いモーター定数
ハイダイナミクス
強い力

ボイスコイルドライブは、磁場の空隙に配置された永久磁石とコイルで構成される単相モータです。コイルに電流が流れると、このドライブは永久磁石の磁界内を移動します。特にコンパクトなサイズは、長方形またはフラットな形状を構築するときに実現できます。

円筒形ボイスコイルは、プランジャーコイルの原理に従って構築されます(つまり、コイルはフィールドアセンブリに配置されます)。コイルまたはフィールドアセンブリのいずれかを移動できます。いわゆるマルチコイル原理により、円筒形ボイスコイルモーターのモーター定数をコンパクトな設置スペースで最適化でき、たとえば中空シャフトを備えたソリューションも実現できます。ボイスコイルドライブは、最大10ミリメートルの移動範囲高精度高ダイナミクス、および高速を必要とするスキャンアプリケーションに適しています。

ボイスコイルは、またはモータの定数に対して最適化することもできます。モーター定数は、力の損失に対する力の比率を示します。モーター定数が高いほど、特定の力が生成されたときに発熱が少なくなります。電気の運動エネルギーへの変換に関するモーターの効率を説明します。温度が上昇すると、コイル抵抗、したがって電力損失も増加するため、モーター定数は温度に依存します。

コイルは移動範囲に沿って永久磁石に対して移動するため、力は位置に依存します。モータにできるだけ早く力を加えるために、電流がそれに応じてより速く利用可能になるため、電圧を上げることができます。加速度は同じ比率で増加します。したがって、加速度の急激な増加(急激な変化)により、非常に動的なアプリケーションが可能になります。円筒モータは、たとえば、測定ヘッドまたは光学システムを垂直に移動させるためのタスクの焦点を合わせるための位置決めソリューション、または内視鏡で使用されます。


リニアモーター

従来の3相リニアモータは、基本的に少なくとも3つ(または3の倍数)のボイスコイルモーターのシリーズです。個々のコイルは、位置依存の固定パターン(つまり、整流)に従って制御できます。リニアモーターは、フィード速度が非常に高い場合と非常に低い場合の両方に使用されます。これらのモーターは、0.1 µm/s未満から5 m/sを超える速度まで、高い精度で動作します。エアベアリングまたは磁気ベアリングと組み合わせた場合、数ナノメートルの位置分解能が得られます。

オプションとして、PIは真空下で、特殊なエポキシ樹脂をリニアモータに塗布できます。これにより熱放散が改善され、より高い公称力を実現できます。さらにシーリングコンパウンドにより、モーターがカプセル化され、外部の損傷から保護されます(組立中)。高速または高速の立ち上がり時間を必要とするアプリケーション向けに、PIは最大600 VDCの非常に高い動作電圧用のモーターを設計できます。

PIリニアモーターで使用される磁気トラックは、さまざまな長さで利用でき、任意の移動範囲を実現するために直列接続できます。片面またはU字型の磁気トラックが利用可能です。
U字型磁気トラックは、片面よりも高い磁場強度を実現するため、より高い力を実現します。磁石がハルバッハ配列としてさらに配置される場合、磁場強度は北極から南極への配置と比較して約10%増加します。さらに、ハルバッハ配列では鉄製のカウンタープレートを省略できるため、これらの磁気トラックが大幅に軽量化されます。Halbachアレイを使用するメリットは、片面磁気トラックにも当てはまります。この場合、ハルバッハ配列を使用すると、背面の漂遊磁界が最小限に抑えられます。PIは、超軽量の磁気トラックを必要とするアプリケーション向けにカーボンサポートを提供しています。

アイロンコアリニアモータ

高い力密度
ハイダイナミクス
コンパクトな設置スペース

アイロンコアモータでは、コイルユニットの芯は鉄で構成されています。鉄は磁力を最大化し、高い力密度高い熱安定性に貢献します 渦電流損失を減らすために、鉄は積層されており、主に積み重ねられ絶縁された変圧器プレートで作られています。
コイルユニット内の鉄は、コイルユニットとマグネットアセンブリの間に吸引力を発生させ、コギングの発生、ひいては移動範囲での送り力の変動を引き起こします。特別に設計された辺縁の歯は、コギングを最適化します。アイロンコアリニアモータは、設置スペースが限られている一方、大きな力と加速度が必要な用途に適しています。

アイアンレス リニアモーター

コンパクトな構造の高さ
高速安定性
コギングなし

アイアンレスリニアモーターの巻線本体には鉄心がありません。これは、コイルと磁石アセンブリの間に吸引力がなく、コギングが発生しないことを意味します。鉄心がないため、モーター自体の重量も軽減されます。ガイドと送り速度に影響するコギングがなく、巻線体が軽いので、アイアンレスモーターは、高い移動精度、高速安定性、および高加速が特徴です。電力ダイナミクスの要件は、 モーターコイル の数または寸法を増やすことで満たすことができます。ほとんどの場合、アイアンレスモーターは、鉄心モーターよりも低い公称力とピーク力を実現します。これは、設計に熱伝導性金属が含まれておらず、結果として コイルからの熱放散が制限されているためです。したがって、モーターは温度センサーによって過負荷から保護されます
アイアンレスリニアモーターは、コンパクトな設置スペースで高いダイナミクスを必要とするアプリケーションに適していますが、精度に対する最高の要求があります。


トルクモータ

コンパクト構造の高さ
大きな開口部
高トルク密度

原則として、トルクモータは放射状に配置されたリニアモータです。トルクモーターのステーターには コイル が含まれ、しっかりと取り付けられています。ローターには磁石アセンブリが含まれています。磁石の長さは直線的に拡大縮小しますが、トルクは直径に比例して拡大縮小します。したがって、大きな直径で大きなトルクが生成されます。さらに、半径方向の寸法が大きいため、レーザービームまたはケーブルを通過させるための開口部を作成できます。

ダイレクトドライブの原理により、トルクモーターにはバックラッシュがありません。ゼロプレイにより、高い位置決め精度と高い駆動剛性が実現し、高い再現性が得られます。高い駆動トルクにより、高い加速、したがって高いダイナミクスが可能になります。その他の機能には、高いねじれ剛性高いピークトルク高い効率非常にスムーズな走行が含まれます。

とりわけ、トルクモータはトルクと回転対称性に関するコンパクトな設計により、多軸または回転ステージでの高負荷用途に適しています。


力、位置、速度の制御

磁気ダイレクトドライブは電流制御型であり、駆動力は電流に線形に依存するため、位置制御および速度制御だけでなく、力制御にも基いて操作することが可能です。
力制御により、定義された保持力または送り力での操作が可能になります。力と位置のセンサーは、二重制御ループで個別または同時に読み取ることができます。純粋な力制御に加えて、従属位置と速度制御もオプションです。オートゼロ機能は、開ループ動作中にドライブが0 Nの力を生成する保持電流を定義します。


ウェイト力補償

垂直に取り付けられた磁気ダイレクトドライブは、モーションプラットフォームと重力に対するアプリケーションの負荷の両方を保持する必要があります。これは、重量力補償のおかげで可能です。負荷に適応し、モーターの力がなくてもコンポーネントを所定の位置に移動させます。これにより、モーターの力を位置決めタスク専用に使用できます。重量力は、磁気的、空気的、または機械的に補正できます。PIは、必要なパフォーマンス特性に応じて異なる方法を使用します。


製品

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ホワイトペーパー

PIMag®: Voice Coil, Linear, and Torque Motors Developed In-house

Individual design of magnetic direct drives for flexible, competitive, and application-specific positioning solutions
日付 / バージョン
WP4018E 2019-06
日付 / バージョン
WP4018D 2019-06
ドキュメントの言語
ホワイトペーパー

精密ポジショニング用回転電動モーター

さまざまなモーターの種類のアプリケーション関連の比較
日付 / バージョン
WP4016 R1 2020-03-25
日付 / バージョン
WP4016 R1 2020-03-25
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