선형 모듈용 모터를 선택하는 방법

모터 선택선형 모듈단순히 더 높은 전력량을 선택하는 문제가 아닙니다. 모터, 드라이브, 피드백 시스템 및 기계식 변속기는 하나의 모션 시스템으로 함께 작동해야 합니다.

너무 작은 모터는 반복되는 사이클 동안 필요한 가속도에 도달하지 못하거나 과열될 수 있습니다. 불필요하게 큰 모터는 기계를 개선하지 않고도 회전자 관성, 비용 및 튜닝 난이도를 증가시킬 수 있습니다. 올바른선형 모듈 모터 선택따라서 선호하는 모터 크기가 아닌 모션 요구 사항으로 시작됩니다.

이 가이드에서는 서보 모터와 스테퍼 모터 중에서 선택하는 방법, 모터 토크와 속도를 모듈에 일치시키는 방법, 엔코더 피드백이 중요한 경우, 드라이브 시스템을 마무리하기 전에 확인해야 하는 제어 세부 사항에 대해 설명합니다.

모터 카탈로그가 아닌 모션 요구 사항으로 시작

모터 유형을 비교하기 전에 축이 실제로 수행해야 하는 작업을 정의하십시오.

최소 정보에는 다음이 포함되어야 합니다.

• 선형 모듈 구동 유형
• 뇌졸중
• 움직이는 질량
• 수평, 수직 또는 기타 장착 방향
• 최대 속도
• 가속 및 감속
• 이동 시간 및 전체 사이클 시간
• 필요한 위치 정확도 및 반복성
• 외부 공정력
• 필요한 보유 행동
• 사용 가능한 컨트롤러 및 통신 인터페이스

선택 규칙:모터는 전체 모션 프로파일에서 선택해야 합니다. 탑재량만으로는 모터 크기가 결정되지 않습니다.

서보 또는 스테퍼: 첫 번째 결정

서보 모터와 스테퍼 모터 모두 산업용 선형 모듈을 구동할 수 있지만 작동 특성은 다릅니다.

일반적으로 서보 모터가 더 나은 선택인 경우

에이선형 모듈 서보 모터애플리케이션에 다음이 필요할 때 선호되는 경우가 많습니다.

• 높은 가속 및 감속
• 넓은 작동 속도 범위
• 잦은 방향 전환
• 폐쇄 루프 위치 모니터링
• 높은 주기율
• 조정된 다축 모션
• 토크 또는 힘 모니터링
• 더욱 발전된 모션 프로파일

서보 시스템은 축이 안정적인 제어를 유지하면서 동적 한계 근처에서 작동해야 할 때 특히 유용합니다.

서보 시스템이 동적 모션을 잘 처리하는 이유

인코더는 모터 위치와 속도를 드라이브에 지속적으로 보고합니다. 서보 컨트롤러는 실제 동작을 명령과 비교하고 그에 따라 모터 전류를 조정합니다.

이러한 폐쇄 루프 동작을 통해 드라이브는 추종 오류를 수정하고 가속, 정속 모션 및 감속 전반에 걸쳐 모터 토크를 조정할 수 있습니다.

스테퍼 모터가 더 나은 선택이 될 수 있는 경우

에이선형 모듈 스테퍼 모터애플리케이션에 예측 가능한 부하, 적당한 속도 및 상대적으로 간단한 위치 지정 요구 사항이 있는 경우 실용적인 솔루션이 될 수 있습니다.

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 인덱싱
• 고정 장치 조정
• 가벼운 픽 앤 플레이스 모션
• 디스펜싱 장비
• 검사 포지셔닝
• 저속~중속 자동화

스테퍼 시스템은 제어 구조가 간단하고 정지 토크를 유지하는 것이 일부 응용 분야에서 유용할 수 있다는 점에서 매력적입니다.

개방 루프 스테퍼 시스템의 주요 한계

개방 루프 스테퍼 컨트롤러는 모터가 명령된 모든 단계를 따른다고 가정합니다. 부하가 사용 가능한 토크를 초과하거나 가속도가 너무 공격적인 경우 컨트롤러가 실제 샤프트 위치를 직접 알지 못하면 모터가 동기화를 잃을 수 있습니다.

이것이 스테퍼 모터가 저속 유지 토크로만 선택되어서는 안되는 이유입니다.

폐루프 스테퍼 모터란 무엇입니까?

폐쇄 루프 스테퍼 시스템은 스테퍼 모터 및 드라이브에 인코더 피드백을 추가합니다. 컨트롤러는 명령된 모션을 측정된 모터 위치와 비교하고 시스템 설계에 따라 위치 오류를 감지하거나 수정할 수 있습니다.

이는 개방 루프 작동과 관련된 불확실성을 일부 줄이고 부하 변화 시 사용 가능한 성능을 향상시킬 수 있습니다.

그러나 폐쇄 루프 스테퍼는 자동으로 서보 모터와 동일하지 않습니다. 모터 구성, 토크-속도 동작, 제어 알고리즘 및 동적 성능은 여전히 ​​다릅니다.

결정하는 유용한 방법:"서보", "스테퍼" 또는 "폐쇄 루프"라는 라벨이 아닌 필요한 모션 성능에서 모터를 선택하십시오.

모터 전력만으로는 크기 조정 방법이 아닙니다

모터 출력은 토크 및 속도와 관련이 있습니다.

P = T × Ω

어디:

• 피= 기계적 전력(와트)
• 티= 토크(N·m)
• 오= 각속도(rad/s)

정격 출력이 유사한 두 모터는 토크-속도 곡선, 회전자 관성 및 피크 토크 성능이 매우 다를 수 있습니다. 이러한 이유로 실제 작동점을 확인하지 않고 "400W 서보"를 선택하는 것은 불완전합니다.

모터 속도를 선형 모듈 변속기에 맞추세요

기계식 변속기는 모터 회전이 선형 속도가 되는 방식을 결정합니다.

볼스크류 모듈

나사 리드의 경우피원하는 선형 속도다섯:

n = 60 × v ¼ p

어디다섯단위는 m/s입니다.피m/rev 단위이고Nrpm 단위입니다.

0.5m/s의 속도로 움직이는 10mm 리드 스크류에는 3000rpm이 필요합니다. 모터와 나사는 모두 해당 속도에 적합해야 합니다.

타이밍 벨트 모듈

모터 속도는 풀리 피치 원주와 모터와 풀리 사이의 감속비에 따라 달라집니다. 풀리가 클수록 회전당 벨트가 더 많이 움직이지만 동일한 선형 힘에 대해 더 많은 모터 토크가 필요합니다.

랙 앤 피니언 모듈

피니언 피치 직경과 기어박스 비율은 모터 속도와 선형 이동 사이의 관계를 결정합니다. 롱 스트로크 랙 시스템은 종종 기어 감속을 사용하여 모터 속도, 출력 토크 및 반사 관성의 균형을 맞춥니다.

모터 토크를 전체 모션 사이클에 일치시키십시오.

모터 토크는 정적 부하보다 커야 합니다.

중요한 토크 구성 요소는 다음과 같습니다.

• 선형 저항을 극복하는 데 필요한 토크
• 가속에 필요한 토크
• 나사, 커플링, 풀리 또는 기어박스의 회전 관성
• 수직 축의 중력 토크
• 외부 공정력
• 예압 및 밀봉 저항

토크 프로파일이 계산된 후 다음을 모두 확인하십시오.

• 최대 토크가속 및 단기 수요를 위한
• RMS 또는 연속 토크전체 사이클에 대한 열적 적합성을 위해

한 번의 이동을 성공적으로 완료할 수 있는 모터는 RMS 토크가 너무 높으면 연속 생산 중에 여전히 과열될 수 있습니다.

토크-속도 곡선을 무시하지 마십시오

사용 가능한 모터 토크는 속도에 따라 변경됩니다.

이는 일반적으로 속도가 증가함에 따라 사용 가능한 토크가 크게 떨어지는 스테퍼 모터의 경우 특히 중요합니다. 서보 모터에는 연속 및 최대 작동 영역도 정의되어 있습니다.

모든 후보 모터에 대해 다음을 확인하십시오.

• 필요한 최대 속도는 모터의 작동 범위 내에 있습니다.
• 해당 속도에서 필요한 피크 토크를 사용할 수 있습니다.
• 연속 또는 RMS 토크는 연속 작동 영역 내에서 유지됩니다.
• 선택한 드라이브는 필요한 전류와 전압을 공급할 수 있습니다.

관성 매칭: 기계적 부하가 제어에 중요한 이유

모터는 자체 회전자와 선형 모듈에서 반사된 관성을 모두 가속해야 합니다.

볼 스크류의 경우 변환 질량은 스크류 샤프트의 등가 회전 관성으로 표현될 수 있습니다.

제이_트랜스= m × (p ¼ 2π)²

그런 다음 나사, 커플링 및 기타 구성 요소의 회전 관성이 추가됩니다.

기어박스를 사용하는 경우 모터에 반영되는 부하 관성은 감속비의 제곱에 비례하여 감소합니다.

너무 큰 모터가 역효과를 낳을 수 있는 이유

더 큰 모터는 일반적으로 더 큰 회전자 관성을 갖습니다. 모터가 필요한 크기보다 훨씬 크게 선택되면 이러한 추가 관성이 가속 효율성을 감소시키고 시스템 조정을 더욱 어렵게 만들 수 있습니다.

이것이 모터 크기 조정이 단순히 맞는 가장 큰 프레임을 선택하는 것이 아니라 적절한 작동 마진을 목표로 해야 하는 한 가지 이유입니다.

보편적인 관성비는 없습니다

허용되는 부하 대 모터 관성비는 모터, 드라이브, 제어 방법 및 동작 프로필에 따라 다릅니다. 모든 서보 시스템에 하나의 고정된 규칙을 적용하기보다는 실제 모터 제조업체의 크기 기준을 따르십시오.

인코더 선택: 피드백에서 무엇을 말해야 합니까?

인코더는 "해상도" 수치를 제공하는 것 이상의 역할을 합니다. 이는 컨트롤러가 모터나 축에 대해 관찰할 수 있는 정보를 결정합니다.

증분 인코더

증분 인코더는 펄스나 디지털 카운트를 통해 위치 변화를 보고합니다. 전원을 켠 후 많은 시스템에서는 기계 기준을 설정하기 위해 원점 복귀 루틴이 필요합니다.

절대 인코더

절대 인코더는 고유한 위치 참조를 유지하거나 재구성하므로 인코더 및 드라이브 아키텍처에 따라 전원을 껐다 켠 후 제어 시스템이 모터 위치를 알 수 있습니다.

이는 특정 원점 복귀 요구 사항을 줄이거나 없앨 수 있으며 재시작 시간이나 축 위치 유지가 중요한 기계에 유용합니다.

단일 회전 및 다중 회전 피드백

단일 회전 절대 피드백은 1회전 내에서 샤프트 위치를 식별합니다. 다중 회전 시스템은 또한 회전 수를 추적하므로 여러 회전에 걸쳐 모터 위치를 유지해야 하는 경우 유용할 수 있습니다.

인코더 분해능은 선형 정확도와 동일하지 않습니다.

고해상도 인코더를 사용하면 컨트롤러가 매우 작은 모터 각도 증분을 나타낼 수 있지만 모듈의 기계적 오류를 자동으로 제거하지는 않습니다.

볼 스크류 리드 오류, 벨트 탄성, 백래시, 가이드 직진도, 구조적 편향 및 열팽창은 모두 모터 샤프트와 실제 공구 위치 사이에 존재할 수 있습니다.

매우 까다로운 애플리케이션의 경우 직접 선형 피드백을 사용하여 캐리지 위치를 보다 직접적으로 측정할 수 있습니다.

중요한 차이점:인코더 분해능은 피드백 세분성을 나타냅니다. 시스템 위치 정확도는 전체 기계 및 제어 결과를 나타냅니다.

모터 인코더 또는 선형 스케일?

모터 측 피드백을 통해 컨트롤러는 모터 회전 및 변속기 형상으로부터 선형 위치를 계산합니다. 이는 많은 자동화 애플리케이션에 일반적이고 효과적입니다.

축을 따라 장착된 리니어 스케일은 캐리지 위치를 직접 측정할 수 있습니다. 따라서 일부 나사, 벨트 또는 변속기 효과를 포함하여 모터 이후에 발생하는 위치 오류를 감지할 수 있습니다.

직접적인 선형 피드백은 고정밀 시스템에서 유용하지만 비용, 설치 요구 사항 및 제어 복잡성이 추가됩니다. 모든 선형 모듈에 필요한 것은 아닙니다.

수직 선형 모듈에는 다른 모터 점검이 필요함

수직축에서는 중력이 지속적으로 드라이브에 영향을 미칩니다.

모터는 다음 사항을 점검해야 합니다.

• 상향 가속 토크
• 지속적인 중력 하중
• 하향 재생 행동
• 정지 상태에서 요구 사항 유지
• 브레이크 성능
• 정전 시 안전한 행동

모터 브레이크는 언제 필요합니까?

모터 전원이 제거된 후 수직 부하가 제자리에 유지되어야 하는 경우 일반적으로 브레이크가 고려됩니다. 그러나 모터 홀딩 브레이크에는 특정 등급과 의도된 기능이 있습니다.

의도하지 않은 하강으로 인해 안전 위험이 발생할 수 있는 경우 장비는 표준 모터 브레이크에만 의존하기보다는 추가적인 안전 등급 기계적 조치가 필요할 수 있습니다.

기어박스가 모터 선택에 미치는 영향

기어박스는 출력 토크를 높이고 모터에 반영되는 부하 관성을 줄일 수 있지만 속도를 변경하고 자체 기계적 특성을 추가하기도 합니다.

기어박스를 사용하는 잠재적인 이유는 다음과 같습니다.

• 출력 토크 증가
• 부하-모터 관성비 개선
• 더 작은 모터가 더 적합한 속도로 작동하도록 허용
• 설치 형상 조정

장단점은 다음과 같습니다.

• 효율성 손실
• 백래시
• 추가 관성
• 소음
• 비용
• 유지

기계를 제작하기 전에 제어 인터페이스가 중요합니다

기계적으로 적합한 모터라도 기계 컨트롤러와 통합되지 않으면 잘못된 선택이 될 수 있습니다.

축이 명령을 받는 방법을 확인합니다.

• 펄스와 방향
• 아날로그 속도 또는 토크 명령
• 산업용 이더넷 또는 필드버스
• 내장된 인덱싱 명령
• 모션 컨트롤러회로망

또한 시스템에 동기화된 모션, 전자 기어링, 캠밍, 등록, 토크 제어 또는 조정 보간이 필요한지 확인하십시오.

위치 제어, 속도 제어 또는 토크 제어가 필요합니까?

위치 제어

대부분의 선형 포지셔닝 애플리케이션은 위치 제어를 사용합니다. 컨트롤러는 목표 위치와 모션 프로필을 명령합니다.

속도 제어

속도 제어는 다른 메커니즘이 위치 또는 프로세스 타이밍을 제어하는 ​​동안 축이 정의된 속도를 유지해야 하는 경우 유용할 수 있습니다.

토크 제어

토크 제어는 프레싱, 인장, 클램핑 또는 접촉 프로세스에 사용될 수 있습니다. 그러나 모터 토크는 전달 효율, 마찰 및 기계적 컴플라이언스가 관계에 영향을 미치기 때문에 실제 선형 프로세스 힘과 항상 동일하지는 않습니다.

임계 힘 측정을 위해서는 전용 로드셀이나 힘 센서가 여전히 필요할 수 있습니다.

서보 튜닝은 모터 선택의 일부입니다.

기술적으로 충분히 큰 모터라도 시스템 조정이 어려울 경우 성능이 저하될 수 있습니다.

서보 튜닝은 다음의 영향을 받습니다.

• 부하 관성
• 구조적 강성
• 커플링 강성
• 벨트 탄력성
• 백래시
• 공명
• 가속 프로필

서보 게인을 증가시키는 것만으로는 유연한 기계 시스템을 견고한 정밀 축으로 변환할 수 없습니다. 기계 설계와 제어 설계는 서로를 지원해야 합니다.

리니어 모듈 유형에 따른 모터 선택

볼스크류 선형 모듈

나사 리드와 필요한 선형 속도를 기준으로 모터 속도를 확인하십시오. 그런 다음 가속 토크, 나사 관성, 임계 나사 속도 및 수직 유지 요구 사항을 확인하십시오.

서보 모터는 고속 정밀 포지셔닝에 일반적으로 사용되는 반면 스테퍼 모터는 예측 가능한 부하가 있는 중간 속도 애플리케이션에 적합할 수 있습니다.

타이밍 벨트 선형 모듈

타이밍 벨트 모듈종종 높은 선형 속도와 가속도에서 작동합니다. 모터 선택은 풀리 직경, 벨트 장력, 이동 질량 및 빈번한 방향 전환을 고려해야 합니다.

서보 모터는 사이클이 높은 갠트리 또는 픽 앤 플레이스 시스템에 유리한 경우가 많은 반면 스테퍼 모터는 동적 전송 축이 낮은 경우에 잘 작동할 수 있습니다.

랙 앤 피니언 모듈

긴 이동 거리와 더 높은 부하로 인해 기어박스 선택이 중요한 경우가 많습니다. 모터 토크, 기어비, 피니언 직경 및 원하는 속도를 함께 평가해야 합니다.

리니어 모터 모듈

선형 모터는 힘을 직접 생성하며 회전식 모터-선형 전달이 필요하지 않습니다. 이 경우 크기 조정은 회전 모터 토크보다는 지속적인 힘, 최대 힘, 속도, 가속도, 열 부하 및 피드백에 중점을 둡니다.

실용적인 모터 선택 순서

1. 전체 모션 프로필을 정의합니다.스트로크, 속도, 가속, 감속 및 정지를 포함합니다.
2. 실제 이동 질량을 계산합니다.해당하는 경우 툴링, 상부 축 및 케이블 캐리어를 포함합니다.
3. 필요한 선형 힘을 결정합니다.중력, 마찰 및 공정력을 포함합니다.
4. 부하를 모터 토크 및 속도로 변환합니다.
5. 반영된 관성을 계산합니다.
6. 피크 및 RMS 토크를 확인하십시오.
7. 서보, 스테퍼 및 폐쇄 루프 스테퍼 옵션을 비교하십시오.
8. 피드백 유형을 선택하세요.
9. 브레이크 및 수직축 요구 사항을 확인하십시오.
10. 모터 토크-속도 곡선을 확인하십시오.
11. 구동 전류, 전압, 회생 능력을 확인하십시오.
12. 컨트롤러 통신 및 모션 기능을 확인합니다.
13. 출시 전에 기계적, 전기적 인터페이스를 확인하십시오.

일반적인 모터 선택 실수

전력량만으로 선택

모터 출력은 실제 작동 속도에서 필요한 토크를 사용할 수 있는지 여부를 표시하지 않습니다.

토크 유지에서 스테퍼 선택

유지 토크는 정지 상태에서 측정되며 고속 주행 토크를 나타내지 않습니다.

“안전을 위해” 대형화

모터가 훨씬 크면 관성과 비용이 증가하고 튜닝이 복잡해질 수 있습니다. 엔지니어링 마진은 유용합니다. 통제되지 않은 오버사이징은 그렇지 않습니다.

수직하중 무시

수직 축에는 중력, 제동, 유지 및 재생을 고려해야 합니다.

엔코더 분해능이 위치 정확도와 같다고 가정

전체 선형 축에는 여전히 전송, 구조 및 열 오류가 포함되어 있습니다.

드라이브 및 컨트롤러 호환성 무시

모터는 시스템의 한 부분일 뿐입니다. 구동 전압, 통신 프로토콜, I/O, 제동 저항 및 제어 모드는 솔루션이 성공적으로 통합되는지 여부를 결정합니다.

모터 매칭을 위해 어떤 정보를 제공해야 합니까?

QRXQ가 선형 모듈용 모터를 권장하려면 다음을 제공하십시오.

• 모듈 유형 및 전송
• 뇌졸중
• 총 이동 질량
• 장착 방향
• 최대 속도
• 가속 또는 이동 시간
• 완전한 사이클 시간
• 외력
• 정확성 및 반복성 요구 사항
• 선호하는 서보 또는 스테퍼 브랜드
• 컨트롤러 및 통신 프로토콜
• 브레이크 요구 사항
• 일일 작동 시간 및 듀티 사이클

최종 모터는 다음 네 가지를 동시에 만족해야 합니다.토크, 속도, 관성 및 제어 요구 사항. 이 중 하나라도 무시하면 간단한 테스트에서는 축이 작동하지만 안정적인 생산 성능을 발휘하지 못할 수 있습니다.

잘 어울리는 모터는 모듈에 맞는 가장 큰 모터일 필요는 없습니다. 실제 기계 사이클 동안 충분한 여유, 안정적인 제어 및 허용 가능한 열 동작을 통해 필요한 모션을 제공해야 합니다.