인모코

Oct 13, 2023

INMOCO의 Gerard Bush가 정밀 모션 애플리케이션을 위한 모터 선택 원칙에 대해 논의합니다.

로봇 관절부터 원심 분리기에 이르는 OEM 애플리케이션의 정밀 모션 제어를 보장하려면 모터 선택이 중요합니다. 서보 또는 스테퍼 모터를 포함한 일반적인 선택을 통해 특정 브러시리스 DC 설계도 설계 통합을 최적화할 수 있습니다. 기술 선택은 운동학적 반응 속도부터 관성에 이르는 매개변수와 기계 설계 통합에 대한 이해에 따라 달라집니다.

기계 설계용 모터를 선택할 때, 정밀한 제어가 필요한 모터라도 초기 고려 사항은 속도와 토크 특성을 기준으로 합니다. 로봇 관절 제어와 같은 애플리케이션의 경우 위치 및 제어 속도와 관련된 운동학적 정확도도 기본입니다. 속도 및 토크 요구사항이 계산된 경우 관성 가속도와 함께 이러한 기준을 모터 제조업체의 사양을 통해 선택할 수 있습니다.

그러나 많은 경우 프로토타입 기계 어셈블리를 테스트할 때까지 정확한 시스템 전력 및 정확도 요구 사항을 계산할 수 없습니다. 한편, 초기 모터 선택은 동일한 기능을 가진 레거시 기계에 사용되는 모터에 대한 부족 지식에 의존할 수 있습니다. 또는 프로토타입 제작 중에 모터의 크기를 크게 만든 다음 정확한 요구 사항이 알려지면 나중에 크기를 줄일 수 있습니다.

속도 제어

스텝 모터는 가격이 저렴하기 때문에 정밀 제어용 모터를 지정할 때 가장 먼저 고려하는 경우가 많습니다. 그러나 스텝 모터의 최대 속도는 극 수가 많아 제한되기 때문에 적합성은 속도 요구 사항에 따라 달라집니다. 그러나 높은 토크 밀도가 필요한 경우 이는 서보에 비해 이점이 될 수 있습니다. 스테퍼는 많은 응용 분야에 충분한 위치 지정을 제공할 수 있지만 정확도는 스텝 모터의 토크 정격 비율에 따른 시스템 부하에 따라 달라집니다. 10% 로딩 시 위치 오류는 전체 단계의 약 ¼, 즉 0.5°입니다.

또는 서보 모터가 훨씬 더 빠른 최대 속도를 제공합니다. 5,000RPM 이상의 애플리케이션을 포함한 고속 애플리케이션은 일반적으로 원심분리기와 같은 외부 부하 없이 균형 잡힌 관성을 회전시킵니다. 시스템이 가속됨에 따라 레이디얼 베어링 힘이 지배적인 베어링 하중이 되며 그 영향은 시스템 편심에 비례합니다. 토크 요구 사항의 범위를 결정하기 위해 레이디얼 베어링 힘의 모델을 생성하는 것은 일반적으로 프로토타입 테스트의 특징입니다.

대신, 예를 들어 관절형 로봇 팔의 관절을 제어할 때 서보 모터가 불균형한 관성으로 가속 및 감속하는 경우 관성 속성이 모터 토크 요구를 지배합니다. 프로토타입 제작에 필요한 토크 요구 사항은 로봇/부하 시스템의 관성 및 운동학적 특성이 있는 모델로부터 추정할 수 있습니다.

위치 제어

제어 정확도 측면에서 위치 피드백 기능이 있는 서보 모터가 최적의 선택입니다. 대부분의 경우 서보는 +/- 10 엔코더 카운트 내에서 안정될 수 있지만 이를 위해서는 충분한 위치 분해능을 갖춘 엔코더도 필요합니다. 서보 모터의 반응도 중요합니다. 이론적으로 모터의 운동학적 반응은 토크와 선형이어야 하지만 정지 마찰로 인해 이동을 시작하고 중지할 때 선형 반응이 불가능합니다. 따라서 고정밀 시스템에는 이러한 효과를 제한하도록 설계된 추가적인 특수 메커니즘이 필요합니다.

BLDC(브러시리스 DC 모터)는 피드백 장치와 함께 위치 제어에 사용할 수도 있습니다. 인코더를 추가하면 자체 설치 공간과 비용이 추가되지만 BLDC 모터는 서보보다 효율적이고 더 높은 토크 밀도를 제공합니다. 또한 기계 설계에 도움이 되는 더 간단하고 유연한 통합 접근 방식을 구현할 수도 있습니다. 프레임리스 BLDC 모터는 중공 샤프트를 가질 수 있어 구성 요소를 중앙에 배치할 수 있으며 설계상 설치 공간과 무게도 절약됩니다. 이러한 모터는 종종 직접 구동되어 변속기 없이 부하에 연결되므로 높은 동적 특성과 고속 작동을 제공합니다.