리니어모터 (직선운동 모터 ; Linear Motor)

소개글

리니어모터 (직선운동 모터 ; Linear Motor) 의 일반적이 사항을 조사

목차

1. 리니어 모터

1.1. 리니어모터의 구동원리 및 개요

1.1.1 구동원리 및 개요
1.1.2 3상 유도형 리니어모터와 회전농형모터를 각각으로 리니어 드라이브를 하는 경우의 성능 비교
1) 성능비교방안
가. 효율화
나. 경량화
다. 소형화
2) 회전력과 추진력의 환산특성식
3) 특성비교
4) 특성비교검토

1.2 리니어모터의 종류에 따른 구조와 특징
1.2.1 구분과 종류
1.2.2 지지기구의 종류와 응용 예

1.3 종류별 원리 및 특성, 응용
1.3.1 유도형 리니어모터(LIM; linear induction motor)
(1) 원리
(2) 특성
(3) 분류
(4) 유도형 리니어모터(LIM)의 최신 응용예
1.3.2 직류형 리니어 모터(LDM; linear direct current motor)
(1) 원리
(2) 특징
(3) 분류
(4)응용 및 전망
1.3.3 동기형 리니어모터(LSM; linear synchronous motor)
(1) 원리
(2) 분류
(3) 응용
1.3.4 리니어 펄스모터(linear pulse motor(LPM), 또는 linear stepping motor)
(1) 원리
(2) 특징
(3) 분류
(4) 리니어 펄스모터(LPM)의 최신 응용예
1.3.5 리니어진동(왕복운동)액튜에이터(LOA;linear oscillator actuator)
(1) 원리
(2) 분류

본문내용

(1) 리니어모터 (직선운동 모터)



1. 리니어 모터

리니어모터는 18세기 중반에 발명되어 초기에는 섬유공업에서의 방적기 북으로 개발되어 사용되었었다. 그 후 1946년 미국 웨스팅하우스에서 리니어모터를 이용하여 항공모함에서 비행기 이·착륙 보조장치인 electropult를 개발한 이래로 여러 분야에의 응용이 확산되기 시작되었다. 그러나 이론을 통한 체계적이며 합리적인 연구는, 1950년대에 들어서면서 부터 영국의 Laithwaite 교수에 의하여 시작되어 현재까지 괄목할 만한 성과를 거두며 발전해왔다. 지금은 많은 연구결과를 토대로 하여 자기부상열차, 리니어모터카 등의 수송기관과 OA, HA, FA 기기 등 각종 자동화 시스템분야의 핵심구동장치로 응용개발이 날로 확대되고 있다.

1.1. 리니어모터의 구동원리 및 개요

1.1.1 구동원리 및 개요
리니어모터는 그림 1과 같이 일반 회전형 모터를 축방향으로 잘라서 펼쳐 놓은 형태이므로, 기존의 일반 모터가 회전형의 운동력을 발생시키는 것에 비해 직선방향으로 미는 힘인 추력을 발생시키는 점이 다르나 그 구동원리는 근본적으로 같다고 볼 수 있다. 그림에서(a)와 같은 회전형 모터를 (b), (c)와 같이 잘라 펼쳐 (d),(e)와 같이 선형운동을 하게 한다. 또한 아래측의 그림은 원통형 리니어모터의 원리에 관한 개념도이다.


그림 1. 리니어 모터의 개념도 및 원리

회전형 모터는 회전방향으로 무한연속운동을 하지만 리니어모터는 구조적으로 길이가 유한하여 길이방향으로 길이가 유한하여, 입구단(entry end)과 출구단(exit end)이 구조적으로 존재하므로 누설자속과 에너지의 왜형 및 손실을 유발하여 특성을 악화시킨다. 이러한 효과를 길이방향으로의 단부효과(longitudinal end effect)라 한다. 또한 측면 모서리방향으로도 에너지의 누설이 발생하는데, 이를 횡방향 모서리효과(transverse edge effect)라 하며 이것에 의한 모터의 추력 및 수직력 등의 손실은 물론 그 분포를 왜형시켜 운전특성을 나쁘게 하는 등의 큰 영향이 있다. 따라서 구동원리는 회전형 모터와 동일하나 단부효과와 모서리효과에 의하여 그 특성이 매우 달라진다. 회전형 모터에서의 공극은 축방향으로 대칭이기 때문에 문제가 되지 않으나, 리니어모터는 수직력이 전자석이나, 바퀴 등의 지지장치에 크게 작용하여 부하의 중량이 증가된 것으로 나타난다. 따라서 이 문제를 해결하기 위하여 근본적으로 공극을 크게 한다. 이에 따라 회전형 모터에 비하여 누설자속의 증가, 자화전류의 증가, 역률 및 효율의 악화 등은 필연적이다. 그러나 리니어모터는 일반 회전형 모터에 비해 직선 구동력을 직접 발생시키는 특유의 잇점이 있으므로 직선구동력이 필요한 시스템에서 회전형에 비해 절대적으로 우세하다. 즉 직선형의 구동시스템에서, 회전형 모터에 의해 직선구동력을 발생시키고자 하는 경우에는 그림 2와 같이 스크류, 체인, 기어시스템 등의 기계적인 변환장치가 반드시 필요하게 되는데, 이때 마찰에 의한 에너지의 손실과 소음발생이 필연적이므로 매우 불리하게 된다.



그림 2. 회전형과 리니어모터에 의한 직선구동력 발생비교

(회전형모터로 직선운동을 시키는 경우 복잡한 기계적 변환장치가 필요하나 리니어모터의 경우는 그렇지 않으므로 장점이 크다)

그러나 리니어모터를 응용하는 경우는 직선형의 구동력을 직접 발생시키므로 기계적인 변환장치가 전혀 필요치 않아, 복잡하지 않으며 에너지 손실이나 소음을 발생하지 않는 것은 물론이고 운전속도에도 제한을 받지 않는 등의 특유의 利點이 있게 된다. 따라서 계통의 효율적인 운전과 기능에 있어서 회전형에 비하여 절대적으로 유리하다. 그림 3은 리니어모터의 실제 제작된 모습을 찍은 사진이다. 이로부터 리니어모터는 평평한 형태이므로 회전형 모터에 비하여 높이가 매우 낮음을 확실하게 알 수 있다. 따라서 그림 2와 같이 평평한 모양의 리니어모터로 추진하는 경우에 높이가 현저하게 감소하여 기구의 低床化를 실현 할 수가 있다. 실제로 직선추진력을 직접 발생하는 리니어모터로 구동하는 차량으로 지하철을 건설하는 경우에는 회전형 모터로 건설하는 경우에 비하여 건설비의 70%이상을 차지하는 터널의 단면적이 68%정도가 감소되어 전체 건설비가 50%정도까지 저감되는 효과를 갖는다.







그림 3 제작된 LIM의 사진

그러므로 오늘날에는 육상운송계통에서의 자기부상열차나, 대규모의 공장이나 산업시설에서의 컨베이어시스템, 승강기, 크레인, 자동문 등 광범한 분야에서의 산업시스템에 필수적인 직선형 구동장치로 응용·개발되고 있다. 또 한편으로 오늘날 인간생활의 편리함의 추구로 인하여 HA, OA, FA등 각 분야에서 자동화가 활발하게 진행되고 있는 바, 이 경우의 각종 서보시스템에서 직선형 구동장치로 리니어모터의 응용이 필수적으로 되고 있으며, 장차 그 응용분야는 더욱 확대될 것으로 전망된다.

참고 자료

인터넷 웹사이트