海外におけるリニアモーターの開発
開発履歴
リニアモーターの開発開始時期は、ロータリーモーターの開発開始時期とそれほど変わりません。ロータリーモーターが世に登場して間もなく、リニアモーターの原型が誕生しました。しかし、リニアモーターの開発過程は紆余曲折を経てきました。
1845年、イギリスのチャールズ・ウィーストンは世界初の直線モーターを発明しました。しかし、この直線モーターはエアギャップが大きすぎたため効率が非常に低く、実用化には至りませんでした。20世紀半ばになると、制御、電子工学、材料などの技術の発展により、直線モーターの開発に理論的・技術的な支援がもたらされ、直線モーターは新たな発展段階に入りました。イギリスのアーレイスウェイト教授は、現代の直線モーター開発の先駆者であり、直線モーターの基礎研究を重視し、彼が率いる研究チームは数々の重要な成果を上げました。もう一人の代表的な人物は、直線モーターに関する著書を多数執筆している日本の山田和夫教授です。 1970年代以降、リニアモーターの応用分野は、自動プロッター、液体金属ポンプ（MHD）、電磁ハンマー、軽工業機械、家電製品、空気圧縮機、半導体製造装置など、より広範囲に及ぶようになりました。1990年代以降、高速加工の概念が提唱されると、リニアモーターはマシニングセンタの送り装置として登場し始めました。ダイレクトドライブ送り装置は、従来の送り装置では実現できない利点と可能性を秘めているため、各国から再び注目を集めています。関連レポートによると、米国のリニアモーターと駆動装置の売上高は、1997年には4,553万米ドルでしたが、2002年には1億772万米ドルに達すると予想されています。
電気機械システムであるリニアモータは、機械構造を簡素化する一方で電気制御を複雑化させるという特徴があり、これは現代の電気機械技術の発展傾向に合致している。
アメリカのアノラッド社は、世界的に有名なリニアモーターメーカーです。同社は1988年にブラシレスDCリニアモーターを発売し、米国で特許を取得しました。主に永久磁石同期リニアモーターを製造しており、構造や出力の異なる製品群を展開し、様々な分野で幅広く利用されています。
ドイツのインドラマット社は、誘導型リニアモーターと永久磁石型リニアモーターの両方を製造しており、その機種数は50種類以上に及ぶ。永久磁石型は、高効率（最大1.72N/W）と高推力密度を特長としている。同社製品の速度は最大600m/分、推力は最大22kNに達すると報告されている。
リニアモーターの価格を下げるため、トリロジー社はリニアコーディングモジュール（LEM）を発表しました。このモジュールは、モーターの磁場を利用して、ストロークとは無関係な位置フィードバックを提供します。過酷な環境下でも動作可能で、全ストロークセンサーと同様の整流信号を、5µmの分解能と再現精度で提供します。
他のリニアモーターメーカーの製品にはそれぞれ独自の特性があります。詳細は、劉金玲らによる「高周波応答DCリニアモーター」（「マイクロモーターと特殊モーター」第4号、1993年）を参照してください。高速加工センターやその他の大ストロークCNC工作機械の送りシステムにリニアモーターを適用することは、工作機械や加工センターでは比較的最近の発展です。リニアモーターを搭載した工作機械は、高度な数値制御システム、高い剛性と固有振動数を備え、可動部品の質量はできるだけ小さくする必要があります。このようにして初めて、リニアモーターの能力を最大限に活用できます。さらに、工作機械のダイレクトドライブ送りシステムの設計では、冷却と放熱の問題も考慮する必要があります。リニアモーターの開放磁場によって切りくずや各種粉塵が引き寄せられるのを防ぐため、磁気絶縁と耐磁性対策も講じる必要があります。また、リニアモーターはリードスクリューのように自己ロックしません。モーターを垂直に設置する場合は、バランスカウンターウェイトやブレーキなどの要素も考慮する必要があります。
1980年代半ば、フォード、インガソール、アノラッドの3社による協業は、工作機械へのリニアモーターの応用を初めて可能にした。フォード社は、自社の工作機械が高速、高精度、そして高い柔軟性を兼ね備えていることを望んでいた。この協業の結果、インガソールは、アノラッド製の永久磁石リニアモーターを3軸すべてに搭載した「高速モジュール」HVM800を発表し、優れた性能を実現した。
1993年、ドイツのEx-Cell-O社は、作業台にリニアモーターを搭載した世界初の高速加工センターXHC240を、ドイツのハノーバーで開催された欧州工作機械展で発表した。この加工センターには、ドイツのIndramat社が開発した誘導リニアモーターが搭載されており、最大軸移動速度は80m/分、最大加速度は1gであった。その後、多くのメーカーがリニアモーターを搭載した加工センターを次々と発売した。統計によると、リニアモーター搭載工作機械の販売台数は1997年には300台であったが、2005年には3,000台に増加すると予想されている。10年後には、CNC工作機械の20%がリニアモーターを搭載するようになるだろう。
切削工作機械に加えて、レーザー切断、プラズマ切断、放電加工装置などの他の工作機械にもリニアモーターが採用され始めている。
国内リニアモーターの研究状況
国内にはリニアモーターを研究している機関が多数あるが、工作機械やマシニングセンタの送り機構としてリニアモーターを研究している大学は主に3校ある。広東工業大学は「超高速加工・工作機械研究室」を設立し、主に「超高速電動スピンドル」と「リニアモーター用高速送り装置」の研究開発を行っている。リニア誘導モーターの研究も行っており、リニアモーター用高速数値制御送り装置GD-3を開発している。定格送り力は2kN、最大送り速度は100m/分、位置決め精度は0.004mm、ストロークは800mmである。瀋陽工業大学は1990年代後半から永久磁石リニア同期モーターの研究を行っており、推力100Nの試作機を製作している。また、電気モーターとサーボシステムの制御方法も研究の重要な焦点であり、この分野で多くの論文を発表している。清華大学精密機器・機械工学科製造工学研究所は、ストローク最大5mm、カットオフ周波数250Hz以上、推力数百ニュートンの高周波応答DCリニアモータの開発に成功しました。このモータは中凸ピストン旋盤の横方向工具レストの駆動に使用され、実際の加工において良好な応用結果を得ています。現在研究中の長ストローク永久磁石リニアサーボユニットは、モータの定格推力が1500N、最大速度が60m/分、無負荷定格加速度が1g、ストロークが600mmです。
中国におけるリニアモーター、特に工作機械送り機構におけるリニアサーボモーターの研究は、いまだ黎明期にあることに留意すべきである。研究者と資金が著しく不足しており、進展は比較的遅い。海外との差はますます広がっている。今こそ研究を強化することが極めて喫緊の課題である。海外の技術独占を打破するためには、技術追随と自主開発を組み合わせた道を歩み、基礎技術と基幹技術の研究を強化する必要がある。
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投稿日時：2025年12月22日