리니어 모터 엔코더란? 자기 부상 열차의 원리
안녕하세요. 오늘은 리니어 모터와 리니어 모터 엔코더에 대해서 알아보겠습니다.
일반적인 모터와 다르게 직선으로 움직이는 리니어 모터는 회전운동을 직선 운동으로 바꿔주는 장치가 없기 때문에 보전성이 뛰어난 장점이 있습니다. 또한, 부속품이 줄어들기 때문에 마찰이 적어져 수명 및 운동의 정합성에도 큰 효과를 볼 수 있습니다.
리니어 모터의 원리는 자기 부상 열차의 원리와 같다고 생각하면서 포스팅을 시작하겠습니다.
리니어 모터란? (Linear Motor)
리니어 모터(Linear motor)는 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 모터입니다. 일반적인 모터는 회전운동을 하지만 리니어 모터는 직선운동을 한다는 큰 차이점이 있습니다.
위의 그림과 같이 일반 모터를 축의 방향으로 펼쳐 놓은 형태라고 생각하시면 됩니다. 기존 일반 모터는 회전 운동 출력하는데 반해 리니어 모터는 직선 방향으로 힘을 발생시키는 점이 다른 점입니다.
일반 모터의 경우 원의 형태에 회전 운동 출력이라 무한 연속 운동을 하지만 리니어 모터는 구조적으로 유한 운동을 합니다. 또한, 회전형 모터에 비하면 공극이 커서 자속 분포, 추력 특성에 있어 영향을 많이 받아서 효율이 좋지 못합니다.
회전형 모터는 직선 운동을 원할 경우 스크류, 체인, 기어 등의 부속 장치가 필요하여 마찰이 크고 에너지 손실 및 소음 발생이 심하게 됩니다. 하지만 리니어 모터는 직선 구동력을 직접 발생시키는 특유의 이점이 있어 직선 운동이 필요한 산업 현장에서는 절대적으로 유리한 위치에 있습니다.
추가로 회전형 로타리 엔코더를 장착해야 되고 리니어 모터에는 리니어 모터 엔코더를 장착해야 합니다.
리니어 모터의 종류
- 리니어 유도 모터
- 리니어 동기 모터
- 리니어 펄스 모터
- 리니어 직류 모터
리니어 유도 모터(LIM, Linear Induction Motor)는 일반적으로 대추력을 얻기 위한 교류형(AC) 모터이고 리니어 동기모터(LSM, Liner Synchronous Motor)는 고속 운송에 쓰이는 모터입니다.
이런 모터 말고도 개루프 위시 서보를 위한 리니어 펄스 모터(LPM, Linear Pulse Motor), 고정밀도 위치결정을 위한 리니어 직류 모터(LDM, Linear Direct Current Motor)가 있습니다.
리니어 모터 구동 원리
기본적인 구동원리는 플레밍의 왼손법칙을 이용하고 있습니다. 아래 그림과 같이 이동자(Stator Core), 고정자(Mover Core)로 구성되어 있습니다.
마주 보는 두 평평한 판이 마치 서로 미끄러지듯이 움직이게 됩니다. 여기서 플레밍의 왼손 법칙대로 움직임이 발생합니다. 이동자에서 전류가 나오고, 고정자에서 자계가 발생하여 이에 수직 방향으로 힘이 발생합니다.
즉, 이동자의 전자석에서 전류를 흘려 극변화를 시키고 고정자의 극과 같으면 밀어내는 힘이 작요하고 극이 다르면 서로 당기는 힘이 작용하여 직선 운동을 하게 됩니다.
리니어 모터는 회전운동을 직선운동으로 바꿔주는 부품이 필요 없어 카메라모듈 장비, 유기발광다이오드(OLED) 생산장비, 스마트폰 생산 및 검사장비, 초정밀공작기계 등에 사용됩니다.
이 원리는 자기 부상 열차의 원리와 상동합니다. 전자석을 이용한 상.하 리니어 모터 구조를 가지고 있고 전자석에 전원을 공급하여 자기장을 발생시키면, 자기장이 발생한 전자석에 레일이 붙으려고 하는 힘이 생깁니다. 이 순간 전압을 조정해서 열차와 레일의 간격을 유지하며 수직 방향으로 나아가게 됩니다.
더불어, 레일과 나란히 달린 리니어 모터에 전원을 공급하면 8mm 떨어진 레일에도 전류가 흘러 자기장이 발생한다. 리니어 모터와 레일 간 전자석은 전류의 방향이 서로 엇갈려 앞에서는 서로 당기고, 뒤에서는 서로 미는 방식이 나타나게 됩니다.
리니어 모터 엔코더
리니어 모터 엔코더란 리니어 엔코더(스케일)이 리니어 모터에 달려 변위 값을 측정해주는 부속품을 말합니다. 일반적인 회전형 모터에 달려 있는 로터리 엔코더와 다르게 리니어 모터 엔코더는 리니어 모터에 달려 있기 때문에 모터와 같이 변위 운동을 하게 됩니다.
위의 그림과 같이 모터에 달려있습니다. 회전형 모터에 달려있는 엔코더는 변위 운동을 하지 않지만 리니어 모터 엔코더는 변위 운동을 하기 때문에 취부에 있어 주의할 점이 있습니다.
리니어 엔코더에 대해서는 저의 다음 글에서 살펴보도록 하겠습니다.
부족한 글 읽어주셔서 감사합니다.
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