Booth From Nippon Pulse - Booth 4-490

Transkript

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2 From Nippon Pulse -

3 Läufer Magnete Spulen Stator Einfach Simple Zwei Bauteile 1. Stator ~ Spulen 2. Läufer ~ Magnete Two Parts 1. Forcer ~ Coils 2. Shaft ~ Magnets

4 Einfach Simple Berührungslos Non-contact Luftspalt (nominal 0,5 bis 5 mm) möglich. Dieser Luftspalt ist unkritisch. (1 bis 10 mm total) Es treten keine Kraftschwankungen auf, wenn die Größe des Luftspalts im Verlauf des Arbeitsweges schwankt. Large Air Gap 0.5 mm to 5 mm nominal annular air gap (1 to 10mm total) Non-critical No variation in force as gap varies over stroke of device

5 Einfach Simple Hohe Präzision High Precision Berührungslos Non-contact Erster Linearmotor, der für Ultrapräzisionsanwendungen entwickelt wurde First linear motor designed for Ultra- High Precision market

6 Key elements Ultra-High precision system Mechanical Motor Servo loop

7 Probleme bei Linearmotoren in Ultrapräzisionsanwendungen Issues with Linear Motors in Ultra-High precision systems Kräfte (erzeugte und externe) Steifigkeit des Antriebs Wärme Forces (Generated and External) Stiffness of motor Heat

8 Eisenkern (flache & zylindrisch Iron Core (Platen & Cylindrical) Eddy Currents Force Eddy Currents create Heat and Generate non linear force output Cogging by concentration of flux Current

9 Kernloses Design Basiert auf dem eisenlosen Prinzip o Keine Rastkräfte Keine Kühlung o Keine Wirbelströme Coreless design No iron in forcer or shaft o No cogging No heat sinks o No Eddy currents

10 Eisenlos (U-Form) Coreless (U-shape) The epoxy core design does not contribute to the stiffness of the coils Coils sandwiched between magnets restricting air flow and Heat dissipation.

11 Der Linear-Shaft-Motor übernimmt die kernlose Bauweise, erhöht durch die zylindrische Anordnung der Spulen jedoch die Steifheit um das 100-fache. By forming the coils into a cylinder, stiffness is increased by a factor of 100.

12 Anordnung der Spulen Spule umgibt den Magneten Optimiert Luftstrom und Wärmeableitung Spulen Coil Coil Location Coil surrounds the magnet Maximizing air flow and heat dissipation Magnete Magnet

13 Wärme - Motordaten Heat Motor ratings Alle Linearmotoren auf dem Markt werden mit ehrgeizigen Leistungsdaten angeboten Every linear motor on the market is aggressively rated. Rated based on using the system as heat sink: Orientation of the motor Large aluminum heat sink Air flow Water cooling Heat exchangers They are designed and rated to direct heat to the work point.

14 Wärme Motordaten Heat Motor ratings Die Daten des Linear-Shaft-Motor sind so ausgelegt, dass die Abwärme in die Luft abgegeben wird, und nicht in den Arbeitspunkt (ohne Kühlung) The Linear Shaft Motor is rated to direct heat to the air not to the work point. It is rated with no heat sinking (except ambient air).

15 Review Linear Shaft Motor Lineare wellenmotor Coreless design with no Eddy currents generated heat and a linear force output Keine Wirbelströme Coils are completely exposed allowing for maximum air flow and Heat dissipation. Alle Spulenseiten sind so positioniert, dass sie eine max. Wärmeabführung ermöglichen The Cylindrical design of the coils greatly increases their stiffness Zylindrischen Spulenwicklungen erhöhen die Steifigkeit

16 Lorentz force law F = I L B Where F = Force, measured in newtons I = current in wire, measured in amperes B = magnetic field strength, measured in teslas = vector cross product L = length of wire in coil, measured in metres

17 Lorentz force law Orientation of the current flow = vector cross product Zylindrische Bauform erlaubt Das gesamte Kupfer in der Spule erzeugt lineare Kraft in eine Richtung. Der gesamte Strom in der Spule fließt im 90 Winkel zum Magnetfeld für maximale Effizienz. Dadurch ist der Luftspalt unkritisch Cylindrical design allows All copper in coil to produce linear force in one direction. All current in the coil flow at a 90 angle to the magnetic field for maximum efficiency. For non-critical air gap

18 Lorentz force law Length of Magnetic pitch L = length of wire in coil u w v u w v u w v N S S N N S S N N S S N u w v u w v u w v N-N pitch 18 to 240 mm Coil 3 to 40 mm

19 Lorentz force law Simulated by FEM Actual 19

20 Overall efficiently The effect is that the Linear Shaft Motor inherently more efficient Ein freie Wissenshaftsstudium von der Uni von Virginia indizierte dass der Linearen Wellenmotor ca. 50% effizienter ist beim übersetzen vom Elektrische Energie auf der Mechanischen Energie im vergleich zu vergleichbaren U-Profil Motoren. An independent study by the University of Virginia indicates that the Linear Shaft Motor is approximately 50% more efficient in transferring electrical energy to mechanical energy than a comparable U-channel motor.

21 Wärme Reduktion des Einlfusses auf den Arbeitspunkt Heat Minimize effect of heat on the work point Egal wie effektiv der Motor ist oder wie konservativ die Daten, jeder Motor produziert Wärme Oft ist eine Kühlung erforderlich Es ist möglich, den Motor ausserhalb des Arbeitsbereichs zu plazieren No matter how efficient, or how conservative the ratings, all linear motors produce heat. Most common method is through heat sinking. We can also move the motor.

22 Parallel Drive By moving the motors from the center of the load to the edges of the load. Heat source is moved as far away from the work point as possible. Since motors are in Parallel, effect of motor is still in center of work point. Zusammen mit dem Motor zu bewegen vom Zentrum vom Belastung zu dem Rand wird Wärme so weit wie möglich verschoben vom Arbeitspunkt Da Motoren im Parallel stehen, resultiert einiges im zentrum vom Arbeitspunkt. The Linear Shaft Motor is designed to do this with one servo drive and one encoder. Der Lineare Wellenmotor ist entwickelt worden um einiges mit nur einen Servo Treiber und nur 1 Encoder zu realisieren.

23 Parallel Motor Example

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25 Start One hour (60 cycles) 2 hours (120 cycles) RG: 1 : SC: 8 07/07/14 20:02:00 RG: 1 : SC: 8 07/07/14 21:02:56 RG: 1 : SC: 8 07/07/14 22:03:11 (100.0) (100.0) (100.0) (-20.0) (-20.0) (-20.0) 4 hours (250 cycles) 5 hours (300 cycles) 6 hours (360 cycles) RG: 1 : SC: 8 07/07/15 00:12:53 RG: 1 : SC: 8 07/07/15 01:02:53 RG: 1 : SC: 8 07/07/15 02:02:53 (100.0) (100.0) (100.0) (-20.0) (-20.0) (-20.0)

26 Heat Motor ratings The Linear Shaft Motor is rated to direct heat to the air, not to the work point. Der Linearmotor ist ausgelegt worden um Wärme direkt mit der Luft abzuführen, nicht zum Arbeitspunkt However, air and water cooled versions of the Linear Shaft Motor are available. Obwohl auch Ausführungen mit Luft und Wasserkühlung verfügbar sind Intended to reduce heat transfer to the work point Beabsichted um Wärmeabgabe zum Arbeitspunkt zu reduzieren

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28 Measured after 6 hours of operation (360 cycles) RG: 1 : SC: 8 07/07/15 02:02:53 RG: 1 : SC: 8 07/07/16 01:13:11 (100.0) (100.0) (-20.0) (-20.0)

29 Positionierungsgenauigkeit Positioning precision Schrittweite 5 Nanometer 5 nanometer step motion

30 Positionierungsgenauigkeit Positioning precision Folgefehler ist sehr klein. Maximaler Folgefehler ist unter 100nm. Following error is very small. Maximum following error is under 100nm.

31 Chip Mounter SMD

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34 Item Velocity & Acceleration Up to 1,600 mm/s - Up to 0,5G Velocity Stability Settling time Jitter Velocity = 100mm/s Condition Velocity : 400mm/s 0,15G ±5um 20 Seconds Position Difference Velocity : 100 mm/s Acceleration : 0,1G Travel : 1000mm Test Stage : Robostar 8GEN Demo Stage

35 Item Velocity Maximum Acceleration Velocity Stability PTP Move & Settling Position Difference Jitter at Stop Yaskawa 1,600mm/s 0,5G ±0,21% 400ms n/a n/a

36 Item Velocity Maximum Acceleration Velocity Stability PTP Move & Settling Position Difference Jitter at Stop Trilogy 1,600mm/s 0,5G ±0,08% 320ms n/a n/a

37 Item Velocity Maximum Acceleration Velocity Stability PTP Move & Settling Position Difference Jitter at Stop Tecnotion 1,600mm/s 0,5G ±0,09% 320ms n/a n/a

38 Item Velocity Maximum Acceleration Velocity Stability PTP Move & Settling Position Difference Jitter at Stop Linear Shaft Motor 1,600mm/s 0,5G ±0,06% 280ms 1,66um 52,3nm

39 Item Velocity Maximum Acceleration Velocity Stability PTP Move & Settling Position Difference Jitter at Stop Linear Shaft Motor 1,600mm/s 0,5G ±0,06% 280ms 1,66um 52,3nm

40 Coreless Linear Motor (Bürstenlose Linear Motoren) Linear Shaft Motor is shaft type (cylindricality) coreless linear motor. Simple Design (Das einfache Design) The motor has simple structure with a simple drive principle. High Responsiveness (Verantwortungsbewußt) The linear motor will respond obediently to the instruction from driver with very high responsiveness High Accuracy (hohe Präzision) High responsiveness will achieve high accuracy positioning, low ripple (unevenness) at low speed and quick positioning at high acceleration and deceleration for high accuracy application. High Cost Performance (Hohe Preis Leistung) The simple structure allows for easy integation into mass produced devices without sacrificing performance. Easy handling and maintenance (Geringer Leistungsbedarf) Replacing a ball screw is simple since the motor is a shaft type. The motor is supported at both ends so there is no concern about flatness during assembly. There is no concern about unevenness of thrust force due to air gap variation. There is no concern about the motor wearing out since it is completely non-contact.

41 Structure and operating principles of the Linear Shaft Motor The coil surrounds 360 of the magnetic field. Allowing for maximum efficiently Operates on basic principle of Fleming s law Coil (Forcer) u w v u w v u w v Flux Flux Force Shaft N S S N N S S N N S S N u w v u w v u w v Fleming s law Current Coreless linear motor that achieves high accuracy, high efficiency with a simple structure

42 German office: Dutch office: