선형 모션 시스템은 정밀 레이저 커팅 시스템, 실험실 자동화 장비, 반도체 제조 기계, CNC 기계, 공장 자동화 등을 포함한 수많은 기계 내부에서 발견됩니다. 이들은 승용차의 저렴한 시트 액츄에이터와 같은 비교적 단순한 곳에서 폐쇄 루프 포지셔닝을위한 제어 및 구동 전자 장치가 완성 된 복잡한 다축 좌표 시스템에 이르기까지 다양합니다. 가장 기본적인 수준에서 선형 모션 시스템이 아무리 단순하거나 복잡하더라도, 특정 시간 내에 선형 거리를 통해 하중을 움직이는 것입니다.

선형 모션 시스템을 설계 할 때 가장 일반적인 질문 중 하나는 모터 기술을 중심으로합니다. 기술이 선택되면, 하중 가속의 요구를 충족시키고 시스템의 마찰을 극복하고 중력의 영향을 극복하면서 모터의 크기가 크기가 높아져 안전한 최대 작동 온도를 유지해야합니다. 모터의 토크, 속도, 전력 및 위치 기능은 모터 설계의 기능이며 구동 및 제어와 결합됩니다.

어떤 모터부터 시작해야합니까?

특정 모터 기술을 사용하여 선형 모션 시스템을 설계 할 때 고려해야 할 많은 응용 질문이 있습니다. 전체 프로세스에 대한 철저한 설명은이 기사의 범위를 벗어납니다. 의도는 모터 공급 업체와 대화 할 때 올바른 질문을하는 것에 대해 생각하게하는 것입니다.

모든 애플리케이션에 가장 적합한 모터와 같은 것은 없으며 특정 응용 프로그램에 가장 적합한 모터입니다. 대부분의 증분 모션 응용 프로그램에서 선택은 스테퍼 모터, 브러시 DC 모터 또는 브러시리스 DC 모터입니다. 가장 복잡한 모션 시스템은 기계적 전력 변환이 필요하지 않도록 하중에 직접 연결된 선형 모터를 사용할 수 있습니다. 리드 스크류/볼 스크류, 기어 박스 또는 풀리 시스템을 통해 번역이 필요하지 않습니다. Coreless Direct-Drive Linear Servo Systems에서 최대 정확도, 반복성 및 위치 해상도를 달성 할 수 있지만 로터리 모터와 비교할 때 가장 높은 비용과 복잡성입니다. 로타리 모터를 사용하는 아키텍처는 훨씬 저렴하며 대부분의 선형 모션 응용 프로그램을 충족합니다. 그러나 부하를 구동하려면 "로타리-선형"변환 (그리고 결과적으로 전력 변환)의 일부 수단이 필요합니다.

스테퍼, 브러시 및 브러시리스 모터는 모두 DC 모터로 간주됩니다. 그러나 엔지니어가 특정 응용 프로그램에서 다른 두 가지보다 한 유형을 선호하는 미묘함이 존재합니다. 이 선택은 속도와 토크뿐만 아니라 포지셔닝 정확도, 반복성 및 해상도 요구 사항에 따라 시스템의 설계 요구 사항에 크게 의존하고 있음을 강조해야합니다. 모든 응용 프로그램에 완벽한 모터는 없으며 모든 결정에는 설계 트레이드 오프가 필요합니다. 가장 기본적인 수준에서 AC 또는 DC, 브러시, 브러시리스 또는 그 문제에 대한 기타 전기 모터라고하는 모든 모터는 물리의 동일한 원리로 작동하여 토크를 생성하기 위해 동일한 원리 : 자기장의 상호 작용입니다. 그러나 이러한 다양한 모터 기술이 특정 응용 분야에서 반응하는 방식에는 극적인 차이가 있습니다. 전반적인 모터 성능, 응답 및 토크 생성은 물리 모터 설계에 내재 된 필드 여기 및 자기 회로 지오메트리, 컨트롤러/드라이브에 의한 입력 전압 및 전류의 제어 및 속도 또는 위치 피드백의 방법에 따라 달라집니다. 응용 프로그램이 필요합니다.

DC 스테퍼, 브러시 서보 및 브러시리스 서보 모터 기술은 모두 DC 공급을 사용하여 전원을 공급합니다. 선형 모션 응용 프로그램의 경우 고정 된 DC 소스가 모터 권선에 직접 적용될 수 있음을 의미하지는 않습니다. 와인딩 전류 (출력 토크와 관련된) 및 와인딩 전압 (출력 속도와 관련)을 제어하려면 전자 장치가 필요합니다. 아래에는 3 개의 기술의 강점과 약점에 대한 요약이 있습니다.

선형 시스템의 설계는 하중 질량으로 시작하며 질량이 지점에서 지점에서 B 지점으로 이동 해야하는 경우 부하를 이동하는 데 필요한 전력 (와트)으로 시작합니다. 부하부터 시작하여 궁극적으로 모든 구성 요소를 통해 드라이브 전원 공급 장치로 다시 작동하는 분석은 시스템의 한 부분에서 다른 부분으로의 전원 변환을 이해하는 동시에 사이의 구성 요소의 다양한 효율성을 고려하는 일련의 단계입니다. 전압과 드라이브로의 전류 형태의 와트는 궁극적으로 특정 시간 내에 주어진 하중을 움직이는 기계적 출력 와트로 변환됩니다.

부하에 필요한 출력 전력을 표시하기 위해 간단한 전력 계산은 모터를 야구장하는 데 도움이됩니다. 필요한 평균 출력 전력을 이해 한 후 모터로 돌아와서 다양한 전력 변환 요소를 구동하여 전력 요구 사항 분석을 마무리하십시오. 제조업체의 데이터는 다양한 구성 요소의 효율성을 고려하여 참조해야합니다. 이는 궁극적으로 모터의 크기와 전원 공급 장치를 결정합니다. 어떤 유닛과 함께 일 해야하는지에 대한 개인적인 취향이지만 SI 장치를 적극 권장합니다. SI 장치에서 작업하면 다중 변환 상수를 기억할 필요가 없으며 최종 결과는 항상 영어 단위로 다시 변환 할 수 있습니다.

필요한 시간에 부하를 이동하려면 얼마나 많은 전력이 필요합니까?

중력에 대해 들어 올린 9kg 질량은 약 88n의 힘이 필요합니다. 부하를 이동하는 데 필요한 와트를 계산하면 나머지 시스템의 구성 요소를 결정하기위한 시작점이 제공됩니다. 이것은 9kg의 질량을 수직으로 1 초에 지점 B로 이동하는 데 필요한 평균 전력입니다. 마찰과 같은 시스템 손실은 포함되지 않습니다. 필요한 모터 샤프트 전력은 다소 높으며 기어 박스 및 리드 스크류와 같은 시스템에 사용되는 다른 구성 요소에 따라 다릅니다.

p = (f × s) / t

p = (88n × 0.2m) / 1.0s = 17.64w

이것은 시스템에서 요구되는 피크 전력과 다릅니다. 가속 및 감속이 고려되면 이동 프로파일 동안의 순간 전력은 다소 높아질 것입니다. 그러나 부하에 필요한 평균 출력 전력은 약 18 와트입니다. 모든 구성 요소를 철저히 분석 한 후, 이와 같은 시스템은 작업을 달성하기 위해 약 37W 피크 전력이 필요합니다. 이 정보는 다양한 다른 응용 프로그램 사양과 함께 이제 가장 적절한 모터 기술을 선택하는 데 도움이됩니다.

어떤 모터 기술을 고려해야합니까?

우수한 포지셔닝 기능과 비교적 간단한 컨트롤은 디자이너가 스테퍼 모터를 먼저 사용할 가능성을 살펴볼 것입니다. 그러나 스테퍼 모터는 부하 요구를 충족하는 동안 작은 기계적 발자국의 요구 사항을 충족시키지 못할 것입니다. 37 와트의 피크 전력 요구 사항에는 매우 큰 스테퍼 모터가 필요합니다. 스테퍼 모터는 저속에서 매우 높은 토크를 가지고 있지만, 이동 프로파일의 피크 속도 및 전력 요구 사항은 가장 큰 스테퍼 모터를 제외한 모든 기능을 초과합니다.

브러시 DC 서보 모터는 부하 요구 사항, 작은 기계식 발자국을 충족하며 저속에서 매우 부드러운 회전을 가질 것입니다. 그러나 엄격한 EMC 요구 사항으로 인해이 특정 애플리케이션의 브러시 모터를 피하는 것이 가장 좋습니다. 이것은 브러시리스 시스템과 비교하여 저렴한 대안이지만 엄격한 EMC 요구 사항을 전달하는 데 어려움이있을 수 있습니다.

정현파 구동 시스템을 사용하는 브러시리스 DC 모터는 하중 및 모션 프로파일 (고전력 밀도)을 포함한 모든 응용 프로그램 요구 사항을 충족하는 첫 번째 선택입니다. 저속에서 부드럽고 코그가없는 움직임; 그리고 작은 기계적 발자국. 이 경우 드라이브 전자 장치의 고주파 전환으로 인해 EMI 서명의 잠재력이 여전히있을 것입니다. 그러나 이것은 좁은 주파수 대역으로 인해 인라인 필터링을 사용하여 완화 할 수 있습니다. 브러시 DC 모터는 더 넓은 밴드 EMI 시그니처를 보여 주므로 필터가 더 어려워집니다.

모터 크기는 시작일뿐입니다

이 기사는 비교적 간단한 선형 모션 응용 프로그램을위한 모터 기술을 선택할 때 다양한 고려 사항에 대한 디자이너를 소개하는 간단한 토론이었습니다. 원리는 XY 테이블 또는 다축 정밀 픽 앤 플레이스 메커니즘과 같은보다 복잡한 시스템에 대해 동일하지만, 각 축은 독립적으로로드에 대해 분석해야합니다. 이 기사의 범위를 벗어난 또 다른 고려 사항은 시스템의 원하는 수명 (사이클 수)을 충족시키기 위해 적절한 안전 계수를 선택하는 방법입니다. 시스템 수명은 모터 크기의 함수 일뿐 만 아니라 기어 박스 및 리드 스크류 어셈블리와 같은 시스템의 다른 기계적 요소도 있습니다. 위치 정확도, 해상도, 반복성, 최대 롤, 피치 및 요 등과 같은 다른 요소는 선형 모션 시스템이 애플리케이션 목표를 충족하거나 초과 할 수 있도록 중요한 고려 사항입니다.