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모터 기술 선택: 평가 요인
모터는 모든 모션 시스템의 기본적인 부분이지만 응용분야에 맞는 모터를 선택하는 것은 쉬운 일이 아닙니다. 고려해야 할 다양한 모터 기술이 있으며, 이러한 각각의 기술은 다양한 방식으로 설계에 영향을 미칠 수 있는 특성을 가집니다. 속도, 토크, 수명, 기계적 엔벨로프, 정확도 및 듀티 사이클과 같은 요인에 따라 무브러시 DC, 코어리스 DC 또는 스테퍼 모터를 선택하게 됩니다. 이 기사에서는 응용분야에 맞는 최적의 모터 기술을 선택하는 데 도움이 되는 주요 고려 사항에 대해 검토합니다.
모터 속도 및 출력 토크
모션 시스템의 출력 속도 요구사항은 모터를 선택할 때 가장 먼저 고려해야 할 요인 중 하나여야 합니다. 브러시리스 DC 모터는 고속으로 작동하는 작업에 적합합니다. 코어리스 DC 모터는 적당한 속도로 잘 작동하지만, 속도가 높을수록 브러시가 마모되어 수명이 단축될 수 있습니다. 스테퍼 모터는 전자적으로 정류되지만, 극 쌍 수가 많기 때문에 저속으로 작동하기에 적합합니다.
작업 중 제한된 시간 동안의 연속 토크와 피크 토크 모두에 초점을 맞춘 경우, 고려해야 할 또 다른 요인으로 모션 시스템의 출력 토크 요구사항이 있습니다. 각 모터 기술은 서로 다른 최대 연속 출력 토크 성능에 의해 특성이 규정됩니다. 그러나 응용분야에 따라 세 가지 모터 유형 모두 필요한 출력 토크를 전달할 수 있습니다. 또한, 기어헤드를 추가하여 모션 시스템의 출력 토크 성능을 향상시킬 수 있습니다. 기어 비율에 따라 그에 상응하여 출력 속도가 감소합니다.
작동 수명
모션 시스템 작업은 일반적으로 하루의 사이클 수, 사이클당 시간 또는 일별 및 듀티 사이클당 작동 시간으로 정의됩니다. 이 정보를 통해 예상 제품 수명 기간 동안 모션 시스템을 완료하는 데 필요한 최대 시간을 파악할 수 있습니다. 이러한 예측은 모터 선택에 영향을 미칩니다. 브러시 DC 모터의 기계적 정류 시스템은 시간이 지남에 따라 마모되어 수명이 제한되어 있는 반면, 무브러시 DC 및 스테퍼 모터는 전자적으로 정류되어 관련된 마모 현상이 없어 예상 수명이 더 깁니다.
베어링도 모션 시스템의 수명에 영향을 미칩니다. 슬리브 베어링은 수천 시간의 수명을 제공하는 반면, 볼 베어링은 일반적으로 10,000시간 이상의 수명을 제공합니다. 물론 모션 시스템의 샤프트에 적용되는 반경 및 축의 하중은 지정된 설계 한계 내에 있어야 합니다. 또한, 시스템 내부에서 열이 증가하면 윤활유의 수명에 부정적인 영향을 미칠 수 있습니다.
기계적 엔벨로프 및 시스템 정확도
필요한 기계적 엔벨로프를 달성하려면, 먼저 선택한 모터 기술이 원하는 공간에 맞는 직경과 길이로 제공되는지 확인해야 합니다. 속도 및 토크 요구사항은 하나 이상의 모터 유형과 주어진 기술 내의 변형으로 충족되는 경우가 있지만, 모터의 전력 기능이 응용분야에 충분한지 확인해야 합니다.
시스템 정확도와 관련하여 브러시 및 브러시리스 DC 모터 모두 회전자의 위치를 추적하고 제어하려면 엔코더가 필요합니다. 표준 엔코더는 다양한 응용분야의 요구사항을 충족하기 위해 동일한 패키지 사이즈로 다양한 해상도를 제공합니다. 또한, 모터 전면에 기어박스를 추가하여 해상도를 높일 수 있습니다. 해상도는 기어 비율로 곱해지기 때문에 엔코더와 기어박스를 곱하여 정밀 위치 지정을 달성할 수 있습니다.
스테퍼 모터는 위치 정확도를 제공하도록 구성되어 있습니다. 회전자의 극 수에 따라 회전당 스텝 수가 결정되며, 모터에 제공되는 각 펄스에 대한 스텝 각도가 생성됩니다. 드라이버는 일반적으로 하프스테핑 또는 마이크로스테핑을 통해 이 해상도를 높여 기계적 단계 사이에 중간 전기 단계를 생성할 수 있습니다. 기어박스는 선택 사항으로, 역시 기어 비율에 따라 추가 해상도를 제공할 수 있습니다.
듀티 사이클
모터는 일반적으로 응용분야에서 연속적으로 작동하지 않습니다. 보통 일정 시간 동안 작동하고 일정 시간 동안 유휴 상태가 됩니다(각각 정시 및 비정시). 듀티 사이클의 경우 모터의 온도 상승에 주의하십시오. 모든 모터에는 최대 정격 온도가 있으며 이 온도 이상으로 모터를 작동하면 내부 구성 요소가 손상될 수 있습니다. 모터가 소비하는 전류의 양은 온도 상승에 영향을 미치며, 전류가 높을수록 온도가 더 빠르게 상승합니다.
전류는 모터의 토크 출력에 비례하기 때문에, 모터의 전체 사이즈를 최대한 작게 유지하면서 전류를 증가시켜 토크를 높이는 경향이 있습니다. 그러나 사이클에 대한 정시 요구사항은 균형을 이루어야 하므로 소비된 전류로 인해 모터가 최대 작동 온도를 초과하지 않도록 해야 합니다.
마지막으로 듀티 사이클에 영향을 미칠 수 있는 환경적 요인을 고려해야 합니다. 모터가 열을 전도할 수 있는 베이스에 장착됩니까? 모터 주위로 공기가 충분히 흘러 냉각을 유지할 수 있습니까? 모터가 주변 온도를 올리는 발열 구성 요소 중 하나인 인클로저 내부에 위치합니까?
고정식 대 휴대용
제품이 고정된 위치에 있는 경우 모터의 사이즈와 무게와 관련한 유연성이 더 높아집니다. 응용분야에 필요한 성능 특징에 더 중점을 둘 수 있습니다. 배터리로 구동되는 이동식 또는 보행식 제품의 경우 모터의 전류 소모는 매우 중요합니다. 모터가 성능 요구사항을 충족하는 동안 전류 소모가 낮을수록 충전 사이에 배터리가 더 오래 작동할 수 있습니다. 배터리 구동 장치의 경우 모터 사이즈와 무게를 우선순위로 고려하십시오.
지금까지 살펴본 바와 같이, 모든 응용분야에서 모터 선택 시 고려해야 할 많은 요소가 있습니다. 응용분야에 가장 적합한 모터 기술을 결정할 때는 모든 요인을 주의 깊게 평가하고 해당 요인이 모터 성능에 어떤 영향을 미치는지 판단해야 최적의 제품을 개발할 수 있습니다.
