모션 시스템 설계의 일반적인 구성

선형 모션은 많은 움직이는 기계의 핵심이며 선형 모터의 직접 구동 특성은 이러한 응용 분야에서 전체 기계 설계를 단순화할 수 있습니다. 다른 이점으로는 선형 모터가 부하에 직접 고정되므로 강성이 향상된다는 것입니다.

이러한 모터(및 필요한 주변 구성 요소)를 통합하는 것은 어렵게 보일 수 있지만 프로세스는 간단한 5단계로 나눌 수 있습니다. 이 단계별 프로세스를 따르면 기계 및 로봇 제작자는 추가적인 노력이나 복잡성 없이 선형 모터의 이점을 얻을 수 있습니다.

1. 모터 유형 결정: 철심 대 철심 없음

첫 번째 단계는 사용 가능한 유형 중에서 선형 모터를 선택하는 것입니다.

철심 모터: 철심 모터는 가장 일반적이며 일반 자동화 응용 분야에 적합합니다. 철심은 철심 적층으로 구성된 이 모터의 코일 구조를 나타냅니다. 일반적인 구성은 단면 고정 자석 트랙과 움직이는 모터 코일 또는 포서로 구성됩니다. 철심은 생성된 추력을 극대화하고, 코일과 자석 사이에 자기 인력을 생성합니다.

이 자기 인력은 선형 모션 베어링에 예압을 가하여 선형 유도 시스템의 강성을 효과적으로 높이는 데 사용될 수 있습니다. 자기 사전 로딩은 감속 및 정착을 개선하여 시스템의 주파수 응답을 향상시킬 수도 있습니다.

반면, 지지 부재와 선형 베어링의 증가된 하중 용량으로 흡인력을 적절하게 지원해야 합니다. 이로 인해 기계의 기계적 설계 자유도가 저하될 수 있습니다.

두 번째 철심 선형 모터 구성은 이동 코일의 양쪽에 배치된 한 쌍의 고정 자석 트랙으로 구성됩니다. 이 특허 받은 구조는 단면적당 가장 높은 힘을 전달하는 동시에 자기 인력의 효과를 무효화합니다. 균형 잡힌 설계는 베어링 부하를 줄여 더 작은 선형 모션 베어링을 사용할 수 있게 하고 베어링 소음을 줄입니다.

Motionsystemdesign Com Motors Drives 0111 장점무철 모터: 무철 선형 모터도 존재합니다. 이 모터는 코일에 철이 없기 때문에 모터 구성원 사이에 인력이 없습니다.

가장 일반적인 비철형 유형은 U 채널입니다. 두 개의 자기 트랙이 결합되어 모터 코일(또는 포서)이 이동하는 채널을 형성합니다. 이 모터는 낮은 속도 리플과 높은 가속도가 필요한 응용 분야에 이상적입니다. 코어리스 구조의 제로 인력 및 제로 코깅 특성은 토크 리플을 최소화합니다. 코일이 상대적으로 가볍기 때문에 가속력이 증가합니다.

두 번째 비철 구성은 실린더 형태입니다. 스테인레스 스틸 튜브 내부에 자석이 쌓여 있고 모터 코일이 실린더 주위를 움직입니다. 이 구성은 거의 동일한 영역에서 훨씬 더 높은 속도와 위치 지정 정확도를 생성하므로 볼스크류를 교체할 때 적합합니다.

코일 크기 및 트랙 길이

구성에 관계없이 모든 선형 모터 코일의 크기는 적용 부하, 대상 이동 프로필, 듀티 사이클, 정확도, 정밀도, 서비스 수명 및 작동 환경 등 애플리케이션 요구 사항에 맞게 조정되어야 합니다. 팁: 특정 응용 분야에 가장 적합한 모터 유형과 크기를 선택하려면 선형 모터 제조업체 및 크기 조정 소프트웨어(종종 무료)의 기술 지원을 받으십시오.

자석 트랙 섹션은 여러 길이로 제공되며 목표 이동 길이를 달성하기 위해 끝에서 끝까지 쌓을 수 있으며 총 자석 길이는 사실상 무제한입니다. 설계를 단순화하고 비용을 절감하려면 제조업체에서 제공하는 가장 긴 길이의 자석 트랙 섹션을 사용하는 것이 가장 좋습니다.

2. 인코더 결정

선형 모터 시스템을 설계할 때 두 번째 단계는 선형 인코더를 선택하는 것입니다. 가장 일반적인 것은 광학 또는 자기 판독 헤드 센서가 있는 증분형 선형 인코더입니다. 애플리케이션에 필요한 분해능과 정확도를 갖추고 기계 환경에 적합한 엔코더를 선택하십시오.

인코더 피드백은 일반적으로 정현파 아날로그 또는 디지털 펄스 트레인을 통해 서보 증폭기로 다시 전송됩니다. 또 다른 옵션은 고속 직렬 인코더 피드백으로, 더 높은 데이터 전송률, 더 높은 비트 해상도, 더 뛰어난 잡음 내성, 더 긴 케이블 길이 및 포괄적인 경보 정보를 제공합니다.

직렬 통신은 두 가지 방법으로 연결됩니다.

앰프와 호환되는 시리얼 엔코더 프로토콜을 갖춘 엔코더를 사용하면 앰프와 엔코더 간의 직접 통신이 가능합니다.

인코더에 직렬 출력이 없는 경우(또는 직렬 출력 프로토콜이 증폭기와 호환되지 않는 경우) 직렬 변환기 모듈을 사용할 수 있습니다. 이 경우 모듈은 홀 센서 신호와 함께 엔코더로부터 아날로그 신호를 받아 아날로그 신호를 세분화한 후 이 신호 데이터를 서보 증폭기에 직렬로 전송합니다. 홀 센서 데이터는 전원을 켤 때와 엔코더 피드백을 확인하는 데 사용됩니다.

현재 여러 선형 인코더 제조업체에서는 타사 증폭기 제조업체의 독점 프로토콜을 포함하여 다양한 직렬 통신 프로토콜을 지원하는 절대형 선형 인코더를 제공하고 있습니다.

3. 앰프를 선택하세요

설계 과정의 세 번째 단계는 서보 증폭기를 선택하는 것입니다. 앰프는 모터에 따라 올바른 크기를 선택해야 합니다.

플러그 앤 플레이는 서보모터와 증폭기를 모두 만드는 공급업체에서만 제공할 수 있는 기능입니다. 일부 공급업체는 시작 시간을 줄이고 적절한 구성을 보장하기 위해 플러그 앤 플레이를 제공합니다.

일부 서보 증폭기에는 자동 모터 인식 및 튜닝 없는 모드 기능이 있어 서보 시스템을 튜닝할 필요가 없습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 전원 투입 시 모터 사양(과부하 특성 포함)이 모터에서 서보 앰프로 자동 업로드됩니다. 이는 모터 사양을 입력할 때 잠재적인 사용자 오류를 제거하여 모터 폭주 및 위상 오류의 위험을 사실상 제거합니다.

4. 지지부재 및 베어링 선택

리니어 모터 시스템 설계를 완료하기 위해 두 가지 최종 설계 단계가 함께 진행됩니다. 네 번째 단계는 리니어 모션 베어링 시스템을 선택하는 것이고, 다섯 번째 단계는 지지 부재를 설계하는 것입니다.

대부분의 선형 모터 어셈블리에는 코일과 자석 트랙 사이의 모터-자석 간격 거리와 엔코더 읽기 헤드와 선형 스케일 사이의 간격 거리라는 두 가지 중요한 정렬이 있습니다. 밀폐형 리니어 엔코더를 선택할 때 후자의 기준은 제거됩니다.

팁:

선형 모션 베어링은 간격 공차를 충족할 만큼 충분한 정밀도를 제공해야 하며, 지지 부재는 구성 요소의 간격을 적절하게 유지하고 선형 베어링과 엔코더의 평행도 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 합니다.

이러한 기준이 충족되면 베어링과 지지 부재의 선택과 설계는 궁극적으로 기계의 성능 요구 사항에 따라 달라집니다. 높은 정확도와 정밀도가 요구되는 애플리케이션에는 높은 해상도와 높은 정확도의 엔코더와 높은 정확도의 리니어 베어링이 필요합니다.

이러한 베어링의 크기를 결정할 때는 철심 선형 모터와 관련된 페이로드 및 자기 인력을 고려하십시오. 많은 경우 선형 베어링과 자석 트랙의 지지 부재가 기계 프레임에 통합될 수 있습니다.