초소형 모터는 HVAC 시스템의 댐퍼를 제어하는 용도 등 다양한 목적으로 쓰입니다. 댐퍼는 환풍용 배관 내의 공기 흐름을 제어하는 간단한 메커니즘입니다. 수동 댐퍼는 환풍용 배관 옆에 달린 손잡이를 돌려 조정하며 자동 댐퍼는 온도계 또는 건물 자동화 시스템에 의해 제어되는 전동 또는 공압 모터로 공기 흐름을 자동으로 제어합니다. 외장 전기 댐퍼 액추에이터를 설계할 때 고려해야 할 중요한 초소형 모터 설계 요소가 있습니다.

전기 댐퍼 회전식 액추에이터는 다음과 같이 세 가지 유형으로 분류됩니다.

1. 스프링 리턴 댐퍼는 스프링의 도움을 받아 요구되는 위치(닫음/열림)로 복귀합니다
2. 비스프링 리턴 전력 공급이 끊어지면 현재 위치를 유지합니다
3. 전기 안전장치 액추에이터는 저장된 에너지를 모터로 방출하는 슈퍼 커패시터를 사용하여 전력 공급이 차단되었을 때 열림 또는 닫힘 위치로 이동합니다.(그림 1)

댐퍼 액추에이터는 2가지 위치로만 고정되는 제품과 위치를 정밀하게 조정할 수 있는 제품으로 더 세분할 수 있습니다. 계절이 바뀔 때만 댐퍼를 작동한다면(1년에 2~3번) 수동으로 2가지 위치로만 조정할 수 있는 제품이 적합합니다. 하지만 예를 들어 댐퍼를 매일 작동시켜야 한다면 전기 모터로 구동되는 자동 전기 댐퍼가 더 나은 선택일 수 있습니다.

전동 액추에이터를 위해 초소형 모터 솔루션을 결정할 때 당사에서는 모터가 다음과 같은 필요에 의해 맞춤 설계 할 수 있는지를 먼저 알아봅니다.

모터/선형 액추에이터가 댐퍼를 정확하게 원하는 위치로 이동시키려면 얼만큼의 토크/힘을 전달해야 하는가?
모터가 열에 얼마나 견딜 수 있는가?
모터가 HVAC 주기를 견딜 수 있도록 구성부품을 맞춤 설계 할 수 있는가?
HVAC 환경에서 안정적으로 작동한다는 것이 증명된 모터인가?
모터가 통합 댐퍼 위치 피드백을 달성하기 위한 피드백을 제공하는가?

 

극한의 온도와 축형 하중을 견디기 위한 모터 설계

HVAC 응용분야에서 작동하는 댐퍼 액추에이터를 위해 모터를 맞춤 설계할 때는 회전자의 모양이 매우 중요합니다. 모터는 댐퍼 액추에이터 내부의 다양한 열 조건 아래에서 회전하고 정지하므로 모터와 다른 구성부품에 추가적인 열역학 스트레스가 가해집니다. 회전자 설계에서 비선형 소재의 기계적인 특성은 온도에 따라 다릅니다. 따라서 고온이나 실내 온도 이하의 온도에서의 회전자 안정성은 회전자의 소재나 소재의 특성, 특히 열팽창계수(CTE)의 영향을 받습니다.(그림 2)

선형 또는 비선형 소재 기반 어셈블리를 선택하는 문제는 어려운데 이는 예를 들어 접착제와 같은 비선형 소재의 성능이 소재의 화학식과 프로세스 매개 변수에 영향을 받기 때문입니다. 특정 세라믹 자석 등급을 선택하는 것 역시 상황을 복잡하게 만듭니다.(그림 3)

설계가 현장에서 적절한 성능을 발휘하는지 검증하는 것도 중요한 요소입니다. 온도, 습도, 특정 부하 환경과 같은 정적인 환경 조건에서 설계를 검증할 수 있습니다. 설계에 채택된 소재는 이미 이러한 요소를 고려합니다. 하지만 동적인 조건(빠른 온도 또는 습도 변화, 갑자기 변하는 부하 또는 여러 매개 변수의 조합)에서의 성능을 검증해야 장기적인 모터의 성능을 파악할 수 있으며 이는 시뮬레이션이나 분석적 시험으로 달성할 수 있습니다. 예를 들어 Portescap에서는 회전자 어셈블리를 환경실과 오븐에 넣고 극심한 온도 변화와 열 충격이 발생하는 환경에서 어셈블리를 시험하여 어셈블리가 응용분야에서 요구하는 극단적인 조건을 만족하는지 검증합니다. 당사는 또한 축방향 및 토션 부하 테스트를 통해 특정 온도에서 회전자의 기계적 강도를 확인합니다. 가속화된 라이프 사이클 테스트를 통해 응용분야의 특정 온도 조건에서 모터의 서비스 수명을 자신있게 예측할 수 있습니다. 이러한 테스트는 응용분야의 니즈에 따라 부하 또는 무부하 조건에서 실행됩니다.

조건 테스트를 통한 설계 검증

그림 4 - 스테퍼 모터의 가속화된 열 주기

브러시리스 DC 모터

스테퍼 모터는 전기적으로 작동하는 댐퍼에서 사용하기에 적합한 선택이며 매우 다양한 회전 속도를 달성할 필요가 없는 응용분야에서는 브러시리스 DC 모터보다 경제적입니다.

결론

최적의 스테퍼 모터를 선택하는 것은 댐퍼 액추에이션에서 공기 흐름을 제어하는 것이 중요하며 다양한 구성의 스테퍼 모터를 활용하는 이유가 여기에 있습니다. 당사는 매번 맞춤 설계된 스테퍼 모터를 통해 그러한 요구사항을 만족시켰으며 가성비적인 측면에서 보았을 때 HVAC 액추에이터 시장에서 최고의 선택이라고 자부합니다.

현장에서 모터가 자주 고장나면 비용과 책임이 증가하므로 모터를 설계할 때 신뢰성을 최우선으로 고려합니다. HVAC 응용분야에서 작동점을 잘 이해하면 설계 및 검증 단계에서 필수적인 요구 사항을 만족시킬 수 있습니다.

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그림 1 - 외장 전동 댐퍼 액추에이터
그림 2 -- 스테퍼 모터 단면도

그림 3 - 회전자 어셈블리에 가해지는 힘