모션 시스템 설계의 일반적인 구성

선형 운동은 많은 움직이는 기계의 핵심이며, 선형 모터의 직접 구동 방식은 이러한 응용 분야에서 전체 기계 설계를 단순화할 수 있습니다. 또한 선형 모터는 부하에 직접 고정되므로 강성이 향상되는 것도 장점입니다.

이러한 모터(및 필요한 주변 부품)를 통합하는 것은 어려워 보일 수 있지만, 그 과정은 다섯 가지 간단한 단계로 나눌 수 있습니다. 이 단계별 과정을 따르면 기계 및 로봇 제작자는 불필요한 노력이나 복잡성 없이 선형 모터의 이점을 누릴 수 있습니다.

1. 모터 유형 확인: 철심 모터 vs. 무철심 모터

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

철심 모터: 철심 모터는 가장 일반적이며 일반 자동화 애플리케이션에 적합합니다. 철심이란 이 모터의 코일 구조를 가리키는데, 이는 여러 개의 철심 적층체로 구성됩니다. 일반적인 구성은 한쪽 면에 고정된 자석 트랙과 움직이는 모터 코일 또는 포서로 이루어져 있습니다. 철심은 생성되는 추력을 극대화하고 코일과 자석 사이에 자기적 인력을 발생시킵니다.

이 자기 인력은 선형 운동 베어링에 예압을 가함으로써 선형 안내 시스템의 강성을 효과적으로 높이는 데 사용할 수 있습니다. 자기 예압은 또한 감속 및 정착을 개선하여 시스템의 주파수 응답을 향상시킬 수 있습니다.

반면에, 인력은 지지 부재와 선형 베어링의 증가된 하중 지지력을 통해 적절히 뒷받침되어야 합니다. 이는 기계의 기계적 설계 자유도를 저하시킬 수 있습니다.

두 번째 철심 선형 모터 구성은 가동 코일 양쪽에 배치된 한 쌍의 고정 자석 트랙으로 구성됩니다. 이 특허받은 구조는 자기 인력의 영향을 상쇄하면서 단위 단면적당 최대의 힘을 제공합니다. 균형 잡힌 설계로 베어링 부하가 감소하여 더 작은 선형 모션 베어링을 사용할 수 있고 베어링 소음도 줄어듭니다.

모션시스템디자인 컴 모터 드라이브 0111 장점 무철심 모터: 무철심 선형 모터도 있습니다. 이 모터는 코일에 철이 없으므로 모터 부품 사이에 인력이 발생하지 않습니다.

가장 일반적인 무철심형 모터는 U자형 채널 모터입니다. 두 개의 자성 트랙이 연결되어 모터 코일(또는 포서)이 움직이는 채널을 형성합니다. 이 모터는 낮은 속도 리플과 높은 가속도가 요구되는 용도에 이상적입니다. 무철심 구조는 인력이 없고 코깅이 발생하지 않아 토크 리플을 최소화하며, 코일이 상대적으로 가볍기 때문에 가속도가 향상됩니다.

두 번째 무철심 구성은 원통형입니다. 자석이 스테인리스 스틸 튜브 내부에 쌓여 있고 모터 코일이 원통 주위를 회전합니다. 이 구성은 볼스크류를 대체할 때 적합하며, 거의 동일한 크기에서 훨씬 빠른 속도와 위치 정밀도를 제공합니다.

코일 크기 및 트랙 길이

구성 방식에 관계없이 모든 선형 모터 코일은 적용 부하, 목표 이동 프로파일, 듀티 사이클, 정확도, 정밀도, 수명 및 작동 환경과 같은 적용 분야 요구 사항에 맞춰 크기를 결정해야 합니다. 팁: 특정 적용 분야에 가장 적합한 모터 유형과 크기를 선택하려면 선형 모터 제조업체의 기술 지원과 (대부분 무료인) 크기 산정 소프트웨어를 활용하십시오.

자석 트랙 섹션은 다양한 길이로 제공되며, 원하는 이동 거리를 얻기 위해 끝과 끝을 연결하여 쌓을 수 있습니다. 따라서 전체 자석 트랙 길이는 사실상 무제한입니다. 설계를 간소화하고 비용을 절감하려면 제조업체에서 제공하는 가장 긴 길이의 자석 트랙 섹션을 사용하는 것이 좋습니다.

2. 인코더를 선택하세요

선형 모터 시스템 설계의 두 번째 단계는 선형 엔코더를 선택하는 것입니다. 가장 일반적인 것은 광학식 또는 자기식 판독 헤드 센서를 사용하는 증분형 선형 엔코더입니다. 용도에 필요한 분해능과 정확도를 갖추고 기계 환경에 적합한 엔코더를 선택해야 합니다.

엔코더 피드백은 일반적으로 정현파 아날로그 또는 디지털 펄스 트레인을 통해 서보 증폭기로 전송됩니다. 또 다른 옵션으로는 고속 직렬 엔코더 피드백이 있는데, 이는 더 높은 데이터 전송률, 더 높은 비트 해상도, 뛰어난 잡음 내성, 더 긴 케이블 길이 및 포괄적인 경보 정보를 제공합니다.

직렬 통신은 두 가지 방식으로 연결됩니다.

증폭기와 인코더 간의 직접 통신은 증폭기와 호환되는 직렬 인코더 프로토콜을 사용하는 인코더를 통해 가능합니다.

엔코더에 직렬 출력이 없거나 직렬 출력 프로토콜이 증폭기와 호환되지 않는 경우 직렬 변환 모듈을 사용할 수 있습니다. 이 경우 모듈은 엔코더에서 나오는 아날로그 신호와 홀 센서 신호를 함께 입력받아 아날로그 신호를 세분화한 후 이 신호 데이터를 서보 증폭기로 직렬 전송합니다. 홀 센서 데이터는 전원 공급 시 및 엔코더 피드백 검증에 사용됩니다.

현재 여러 선형 엔코더 제조업체에서 타사 증폭기 제조업체의 독자적인 프로토콜을 포함하여 다양한 직렬 통신 프로토콜을 지원하는 절대 선형 엔코더를 제공하고 있습니다.

3. 앰프를 선택하세요

설계 과정의 세 번째 단계는 서보 증폭기를 선택하는 것입니다. 증폭기는 모터에 따라 적절한 크기로 선택해야 합니다.

플러그 앤 플레이는 서보 모터와 앰프를 모두 생산하는 공급업체에서만 제공할 수 있는 기능입니다. 일부 공급업체는 시동 시간을 단축하고 올바른 구성을 보장하기 위해 플러그 앤 플레이 기능을 제공합니다.

일부 서보 증폭기는 자동 모터 인식 기능과 튜닝이 필요 없는 모드를 제공하여 서보 시스템을 튜닝할 필요가 없습니다. 이 소프트웨어를 사용하면 모터 사양(과부하 특성 포함)이 전원이 켜질 때 모터에서 서보 증폭기로 자동으로 업로드됩니다. 따라서 모터 사양 입력 시 발생할 수 있는 사용자 오류를 제거하여 모터 폭주 및 위상 오류 위험을 사실상 없앨 수 있습니다.

4. 지지 부재 및 베어링 선택

선형 모터 시스템 설계를 완료하기 위한 두 가지 최종 설계 단계는 서로 밀접하게 연관되어 있습니다. 네 번째 단계는 선형 모션 베어링 시스템을 선택하는 것이고, 다섯 번째 단계는 지지 부재를 설계하는 것입니다.

대부분의 선형 모터 조립체에는 두 가지 중요한 정렬 요소가 있습니다. 하나는 코일과 자석 트랙 사이의 모터-자석 간격이고, 다른 하나는 엔코더 판독 헤드와 선형 스케일 사이의 간격입니다. 밀폐형 선형 엔코더를 선택할 경우 후자의 기준은 고려 대상에서 제외됩니다.

팁:

선형 운동 베어링은 간극 허용 오차를 충족할 수 있을 만큼 충분한 정밀도를 제공해야 하며, 지지 부재는 구성 요소 간의 적절한 간격을 유지하고 선형 베어링 및 엔코더의 평행도 요구 사항을 충족하도록 설계되어야 합니다.

이러한 기준이 충족되면 베어링 및 지지 부재의 선택과 설계는 궁극적으로 기계의 성능 요구 사항에 따라 결정됩니다. 높은 정확도와 정밀도가 요구되는 응용 분야에는 고해상도 및 고정밀 엔코더와 고정밀 선형 베어링이 필요합니다.

이러한 베어링의 크기를 정할 때는 하중과 철심 선형 모터와 관련된 자기 인력을 고려해야 합니다. 많은 경우, 선형 베어링과 자석 트랙의 지지 부재는 기계 프레임에 일체형으로 제작될 수 있습니다.