폐쇄 루프 스테퍼 모터는 기존 스테퍼가 처리할 수 없기 때문에 일반적으로 서보로 수행되는 작업에 가장 적합한 선택일 수 있습니다.

모든 유형의 모션 제어 프로세스를 설계할 때 엔지니어가 내릴 수 있는 가장 중요한 결정 중 하나는 모터를 선택하는 것입니다. 유형과 크기 측면에서 올바른 모터를 구입하는 것은 최종 기계의 작동 효율성에 필수적입니다. 게다가 모터가 예산을 초과하지 않도록 보장하는 것이 항상 주요 관심사입니다.

결정을 내릴 때 대답해야 할 첫 번째 질문 중 하나는 어떤 유형의 모터가 가장 좋을까?입니다. 해당 애플리케이션에 고성능 서보 모터가 필요합니까? 저가형 스테퍼가 좋을까요? 아니면 고려해야 할 세 번째, 중간 옵션이 있을까요?

대답은 특정 애플리케이션의 요구 사항에서 시작됩니다. 특정 애플리케이션에 이상적인 모터 유형을 결정하기 전에 해결해야 할 요소가 많이 있습니다.

요구 사항

모터는 분당 몇 사이클을 만들어야 합니까? 얼마나 많은 토크가 필요합니까? 필요한 최고 속도는 얼마입니까?

이러한 중요한 질문은 주어진 마력을 가진 모터를 선택하는 것만으로는 해결할 수 없습니다.

모터의 출력은 토크와 속도의 조합으로, 속도, 토크 및 상수를 곱하여 계산할 수 있습니다.

그러나 이 계산의 특성으로 인해 특정 출력을 생성하는 토크와 속도의 다양한 조합이 있습니다. 따라서 유사한 출력 정격을 가진 서로 다른 모터는 제공하는 속도와 토크의 조합으로 인해 다르게 작동할 수 있습니다.

엔지니어는 가장 잘 작동하는 모터를 선택하기 전에 특정 크기의 부하가 얼마나 빨리 움직여야 하는지 알아야 합니다. 수행 중인 작업도 모터의 토크/속도 곡선에 속해야 합니다. 이 곡선은 작동 중에 모터의 토크가 어떻게 변하는지 보여줍니다. 엔지니어는 "최악의 경우" 가정(즉, 작업에 필요한 최대/최소 토크 및 속도 결정)을 사용하여 선택한 모터가 충분한 토크/속도 곡선을 가지고 있음을 확신할 수 있습니다.

부하의 관성은 모터를 선택하는 의사 결정 과정을 시작하기 전에 해결해야 할 또 다른 요소입니다. 부하의 관성과 모터의 관성을 비교하는 관성비를 계산해야 합니다. 경험에 따르면 부하의 관성이 회전자의 관성의 10배를 초과하면 모터 튜닝이 더 어려워지고 성능이 저하될 수 있습니다. 그러나 이 규칙은 기술마다 다를 뿐만 아니라 공급자마다, 심지어 제품마다 다릅니다. 애플리케이션이 얼마나 중요한지도 이 결정에 영향을 미칩니다. 일부 제품은 최대 30:1 비율을 처리하는 반면 직접 드라이브는 최대 200:1 비율로 실행됩니다. 많은 사람들은 10:1 비율을 초과하는 모터 크기를 좋아하지 않습니다.

마지막으로 특정 모터를 다른 모터보다 제한하는 물리적 제한이 있습니까? 모터는 모양과 크기가 다양합니다. 어떤 경우에는 모터가 크고 부피가 크며 특정 크기의 모터를 수용할 수 없는 특정 작업이 있습니다. 최상의 모터 유형에 대해 충분한 정보를 바탕으로 결정을 내리기 전에 이러한 물리적 사양을 인식하고 이해해야 합니다.

엔지니어가 속도, 토크, 마력, 부하 관성, 물리적 한계 등 모든 질문에 답하면 가장 효율적인 크기의 모터에 집중할 수 있습니다. 그러나 의사결정 과정은 여기서 끝나지 않습니다. 엔지니어는 또한 응용 분야에 가장 적합한 모터 유형을 파악해야 합니다. 수년 동안 유형 선택은 대부분의 응용 분야에서 서보 모터 또는 개방 루프 스테퍼 모터라는 두 가지 옵션 중 하나로 압축되었습니다.

서보 및 스테퍼

서보 모터와 개방 루프 스테퍼 모터의 작동 원리는 유사합니다. 그러나 엔지니어가 특정 응용 분야에 어떤 모터가 이상적인지 결정하기 전에 두 모터 사이에는 주요 차이점을 이해해야 합니다.

기존 서보 시스템에서 컨트롤러는 펄스와 방향 또는 위치, 속도, 토크와 관련된 아날로그 명령을 통해 모터 드라이브에 명령을 보냅니다. 일부 컨트롤은 버스 기반 방법을 사용할 수 있으며, 최신 컨트롤에서는 일반적으로 이더넷 기반 통신 방법을 사용합니다. 그런 다음 드라이브는 모터의 각 단계에 적절한 전류를 보냅니다. 모터 피드백은 모터 드라이브와 필요한 경우 컨트롤러로 다시 순환됩니다. 드라이브는 이 정보를 사용하여 모터를 적절하게 정류하고 모터 샤프트의 동적 위치에 대한 좋은 정보를 보냅니다. 따라서 서보 모터는 폐쇄 루프 모터로 간주되며 인코더가 내장되어 있으며 위치 데이터가 컨트롤러에 자주 공급됩니다. 이 피드백을 통해 컨트롤러는 모터를 더 효과적으로 제어할 수 있습니다. 컨트롤러는 무언가가 예상대로 실행되지 않는 경우 다양한 수준으로 작업을 조정할 수 있습니다. 이러한 유형의 중요한 정보는 개방 루프 스테퍼 모터가 제공할 수 없는 이점입니다.

스테퍼 모터는 또한 이동 거리와 속도를 지시하기 위해 모터 드라이브로 전송된 명령에 따라 작동합니다. 일반적으로 이 신호는 단계 및 방향 명령입니다. 그러나 개방 루프 스테퍼는 작업자에게 피드백을 제공할 수 없으므로 해당 제어 장치는 상황을 적절하게 평가하고 모터 작동을 개선하기 위해 조정할 수 없습니다.

예를 들어, 모터의 토크가 부하를 처리하기에 충분하지 않으면 모터가 정지하거나 특정 단계를 놓칠 수 있습니다. 이런 일이 발생하면 목표 위치에 맞지 않습니다. 스테퍼 모터의 개방 루프 특성을 염두에 두면 이러한 부정확한 위치 지정이 조정을 수행할 수 있도록 컨트롤러로 적절하게 전달되지 않습니다.

서보 모터는 효율성과 성능 측면에서 분명한 장점이 있는 것 같은데 왜 스테퍼 모터를 선택하겠습니까? 몇 가지 이유가 있습니다. 가장 일반적인 것은 가격입니다. 운영 예산은 모든 설계 결정을 내릴 때 중요한 고려 사항입니다. 예산이 부족해지면 불필요한 비용을 줄이기 위한 결정을 내려야 합니다. 이는 모터 자체의 비용을 의미할 뿐만 아니라 서보에 비해 스테퍼 모터의 경우 일상 및 긴급 유지 관리 비용이 덜 드는 경향이 있습니다. 따라서 서보 모터의 이점이 비용을 정당화하지 못하는 경우 표준 스테퍼 모터로 충분할 수 있습니다.

순전히 작동 관점에서 볼 때 스테퍼 모터는 표준 서보 모터보다 사용하기가 훨씬 쉽습니다. 스테퍼 모터를 작동하는 것은 이해하기가 훨씬 간단하고 구성하기 쉽습니다. 대부분의 직원은 작업을 지나치게 복잡하게 할 이유가 없다면 작업을 단순하게 유지한다는 데 동의합니다.

두 가지 모터 유형이 제공하는 이점은 매우 다릅니다. 3,000rpm 이상의 속도와 높은 토크를 갖춘 모터가 필요한 경우 서보 모터가 이상적입니다. 그러나 수백 rpm 이하의 속도만 필요한 애플리케이션의 경우 서보 모터가 항상 최선의 선택은 아닙니다. 서보 모터는 저속 응용 분야에 과도할 수 있습니다.

저속 애플리케이션에서는 스테퍼 모터가 최고의 솔루션으로 빛을 발합니다. 스테퍼 모터는 정지 시 반복이 가능할 뿐만 아니라 높은 토크를 제공하면서 저속으로 작동하도록 설계되었습니다. 이 설계의 특성상 스테퍼 모터를 제어하고 속도 제한까지 실행할 수 있습니다. 일반적인 스테퍼 모터의 속도 제한은 일반적으로 1,000rpm 미만인 반면, 서보 모터의 정격 속도는 최대 3,000rpm 이상, 때로는 7,000rpm을 초과할 수도 있습니다.

스테퍼의 크기가 올바른 경우 완벽한 선택이 될 수 있습니다. 그러나 스테퍼 모터가 개방 루프 구성에서 실행 중이고 문제가 발생하는 경우 운영자는 문제를 해결하는 데 필요한 모든 데이터를 얻지 못할 수 있습니다.

개루프 문제 해결

지난 수십 년 동안 개방 루프 스테퍼의 전통적인 문제를 해결하기 위해 여러 가지 다양한 접근 방식이 제공되었습니다. 전원을 켤 때 또는 애플리케이션 중에 여러 번 모터를 센서로 원위치시키는 것이 한 가지 방법이었습니다. 간단하기는 하지만 이는 작업 속도를 저하시키고 정상적인 작업 프로세스 중에 발생하는 문제를 포착하지 못합니다.

모터가 정지하거나 위치를 벗어났는지 감지하기 위해 피드백을 추가하는 것도 또 다른 접근 방식입니다. 모션 제어 회사의 엔지니어들은 "스톨 감지" 및 "위치 유지" 기능을 만들었습니다. 스테퍼 모터를 서보처럼 취급하거나 최소한 고급 알고리즘으로 모방하는 몇 가지 접근 방식도 있었습니다.

서보와 개방 루프 스테퍼 모터 사이의 광범위한 모터에는 폐쇄 루프 스테퍼 모터로 알려진 다소 새로운 기술이 있습니다. 이는 위치 정확도와 저속이 필요한 애플리케이션의 문제를 해결하는 가장 좋고 비용에 민감한 방법입니다. 루프를 닫기 위해 고해상도 피드백 장치를 적용함으로써 엔지니어는 "두 세계의 최고"를 누릴 수 있습니다.

폐쇄 루프 스테퍼 모터는 사용 용이성, 단순성, 정확한 정지와 함께 저속에서 일관되게 작동하는 기능 등 스테퍼 모터의 모든 장점을 제공합니다. 게다가 서보 모터가 제공하는 피드백 기능도 제공합니다. 운 좋게도 서보의 가장 큰 단점인 가격이 더 비싸다는 단점이 있을 필요는 없습니다.

핵심은 항상 개방 루프 스테퍼 모터가 작동하는 방식에 있었습니다. 일반적으로 두 개의 코일, 때로는 다섯 개의 코일이 있으며 그 사이에서 자기 균형 조정이 진행됩니다. 움직임으로 인해 이러한 균형이 깨져 모터 샤프트가 전기적으로 뒤처지게 되지만, 작업자는 얼마나 뒤떨어져 있는지 알 수 없습니다. 개방 루프 스테퍼에 대해서는 중지 지점이 반복 가능하지만 모든 로드에 대해서는 그렇지 않습니다. 스테퍼에 인코더를 배치하고 이를 폐쇄 루프로 만들면 일부 동적 제어가 제공됩니다. 이를 통해 운전자는 다양한 하중 하에서도 정확한 지점에 정지할 수 있습니다.

특정 애플리케이션에 폐쇄 루프 스테퍼 모터를 사용함으로써 얻을 수 있는 이점으로 인해 모션 제어 커뮤니티에서 이러한 모터의 인기가 급격히 높아졌습니다. 특히, 가장 눈에 띄는 두 산업 분야인 반도체 및 의료 기기 제조업체에서는 폐쇄 루프 스테퍼 모터 사용이 눈에 띄게 증가하고 있습니다. 이러한 산업 분야의 엔지니어는 벨트 또는 볼 스크류에 동력을 공급하는 모터가 부하나 액추에이터를 배치한 위치를 정확히 알아야 합니다. 이러한 스테퍼의 폐쇄 루프 피드백을 통해 위치를 정확히 알 수 있습니다. 이러한 스테퍼는 낮은 속도에서 서보보다 더 나은 성능을 제공할 수도 있습니다.

일반적으로 서보 모터보다 저렴한 비용으로 성능 보장이 필요하고 상대적으로 낮은 속도로 작동할 수 있는 기능이 필요한 모든 애플리케이션은 폐쇄 루프 스테퍼 모터에 적합한 후보입니다.

운영자는 드라이브 또는 제어 장치가 폐쇄 루프 스테퍼 모터를 지원하는지 확인해야 한다는 점을 명심하십시오. 과거에는 뒷면에 인코더가 있는 스테퍼를 구입할 수 있었지만 드라이브는 표준 스테퍼 드라이브였으며 인코더를 지원하지 않았습니다. 인코더를 컨트롤러로 다시 가져가야 하고 위치 확인은 주어진 이동이 끝날 때 구현되어야 합니다. 이는 새로운 폐쇄 루프 스테퍼 드라이브에는 필요하지 않습니다. 폐쇄 루프 스테퍼 드라이브는 컨트롤러를 사용하지 않고도 위치 및 속도 제어를 동적으로 자동으로 처리할 수 있습니다.