산업용 서보 모터와 완구제작용 모터의 차이점은 무엇인가?
Nippon Pulse(www.nipponpulse.com)는 지난 70년 이상 동안 OEM에 다양한 정밀 모션 제어 기술을 제공해 온 기업이다. 고품 질의 모션 제어 기술을 제조 및 공급하고 고객과 협력하여 제품이 특정 요구 사항을 충족하고 원하는 응용 분야에서 작동하도록 하는데 전념하고 있다. 이 회사는 산업용 서보 모터와 취미용 서보 모터 사이에는 분명한 차이점이 존재하며, 이를 정확히 이해하는 것이 중요하다고 강조한다. 본지는 Nippon Pulse가 자사의 홈페 이지(www.nipponpulse.com)를 통해 게재한 서보 모터 용어에 대한 FAQ를 바탕으로 산업용 서보 모터와 취미용 서보 모터의 차이점에 대해 살펴보기로 한다.
▲ 애호가 및 제작자 수준 설계의 소위 서보 모터는 산업용 응용 프로그램에 사용되는 서보 모터와 완전히 다르고 훨씬 간단하다.
STEM 프로그램, 모터 용어 혼동?
Nippon Pulse 엔지니어는 서보 모터를 찾는 애호가 및 교육자들 로부터 정기적으로 연락을 받는다. 그러나 이러한 초보 엔지니어가 일반적으로 찾고 있는 2리드 DC 모터와 정밀 산업용 서보 모터는 피드백용 인코더가 있는 AC 전원으로 작동하는 것 사이에는 큰 차이가 있다. 후자의 한 예는 정확한 리니어 작동을 위한 AC 브러시리스 서보인 Nippon Pulse의 리니어 샤프트 모터이다.
서보모터라는 용어의 다양한 사용에 박차를 가한 것은 미국에서 학생들에게 동기를 부여하고 공학 도구, 개념 및 구성 요소에 노출시키는 것을 목표로 하는 STEM 프로그램의 부상으로 인한 것이다. 이러한 프로그램의 코치와 멘토는 때때로 엔지니어 자신 이다. 하지만 대부분은 모션 제어의 특정 분야에 대해 독학으로 배운 초보자다. 이러한 프로그램을 위한 로봇 키트는 학교 자원 봉사자와 학생들이 모델 키트 및 원격 제어 모델용 모터에 익숙해 지도록 유도한다. 이러한 모터는 종종 일부 왕복 운동을 위한 작은 기어헤드가 있는 브러시 DC 모터이다. 아마도 전위차계 추적 모터 위치가 있을 것이다. 안타깝게도 이러한 구성 요소의 제조업 체는 종종 이를 서보 모터라고 부른다. 그래서 교육자와 학생들이 이를 단순한 모터라고 부르는 것이다.
▲ 리니어 샤프트 서보 모터는 다른 옵션의 코깅 없이 효율적이고 정밀한 모션이 필요한 산업 분야에서 사용된다.
부정확한 용어로 사용
이 문제를 해결하고 새로운 엔지니어에게 정보를 제공하기 위해 Nippon Pulse는 무역 박람회에서 스테퍼 모터, 서보 모터의 기본 사항 및 두 가지를 제어하는 방법에 대한 세션을 정기적으로 개최 한다. 세션이 끝나면 Nippon Pulse는 방문자에게 소형 기계 제작및 모션 디자인 기본 교육을 용이하게 하는 소형 개발 키트를 제공한다.
교육자들 사이에서 흔한 것은 스테퍼 모터가 아닌 모든 모터는 서보 모터여야 한다는 오해이다. 서보 모터에 대한 온라인 리소스는 유감스럽게도 기어헤드가 있는 초저가 취미용 모터에 대한 많은 내용으로 가득 차 있다. 따라서 ‘서보 모터’에 대한 Google 및 Amazon 검색 결과에는 제조업체 등급 모터 및 로봇 판매점의 옵션에 대한 세부사항이 포함된다. 이와 관련된 문제는 STEM 프로 그램이 실수로 학생들에게 모터에 대한 명령이 있는 모든 것을 컨트롤러라고 잘못 부르도록 가르친 것과도 관련이 있다. 문제의 장치가 드라이브인 경우에도 마찬가지이다.
다른 경우에 맞춤형 RC 차량의 제작자는 때때로 AC 서보 모터를 요청하지만 매개변수를 피상적으로 검토하여 옵션으로 제안할 수 있는 경우에도 리니어 3상 서보 모터를 사용할 수 없다고 표시한다. 진정한 서보 모터를 제시했을 때 그러한 애호가는 “이 모터에는 왜 세 개의 와이어가 있나? 어느 것이 접지인가? DC 전압은 어디에 두어야 하나?” 라고 물을 수 있다.
그러나 사실 서보 모터는 RC 설계의 모터가 작동하는 방식으로 전혀 작동하지 않는다. 경우에 따라 애호가들은 산업용 서보 모터를 지칭하기 위해 ‘브러시리스 모터’라는 용어를 사용한다. 진정한 산업용 서보 모터가 적절하지 않을 수 있다는 추가 표시는 RC 애호가 또는 설계자가 전위차계 피드백 사용에 대한 선호도를 표시하는 경우이다.
산업 분야에서도 전자 정류 모터용 브러시리스 DC 모터와 같은 혼란스러운 용어와 관련하여 일관성이 없고 부정확한 용어로 사용되고 있다. 특히 DIY CNC 시장의 경우 취미 수준 설계와 진정한 산업 등급 설계를 위한 기술 간에도 교차가 있다. 일부 산업 등급 모터는 모션 제어를 위해 Raspberry Pi에 연결할 수 있다.
일부 고도로 정교한 모터 제조업체는 간단한 자동화 및 간단한 모션이 필요한 소비자 디자인에서 매우 보편적인 캔 스택 스테퍼 모터도 판매한다.
궁극적으로 적절한 용어를 사용하면 미국 부품 공급업체가 지나치게 공격적인 값을 제공하는 기계 제작에 대한 정확한 정보를 얻을 수 있다. 그러나 독일 및 일본 공급업체는 종종 보수적인 값을 나열한다.
▲ 이 H-브리지는 2개의 리니어 샤프트 모터 스테이지와 멀티헤드 리니어 샤프트 모터를 포함한다.
▲ Nippon Pulse의 리니어 샤프트 서보 모터는 다양한 크기로 제공된다.
구체적 사례
많은 머신 빌드를 실행하는 설계 엔지니어는 모터의 연속 전류 값에 대해 세 가지 다른 정의를 접할 수 있다. Nippon Pulse는 모터의 연속 전류를 모터가 자유 공간에서 무한정 유지할 수 있는 전류(24시간으로 설정)로 정의한다. 연속 전류의 또 다른 표현은 방열판에 부착되었을 때 무기한으로 모터를 통과하는 전류의 양이 다. 세 번째 정의는 일정 시간 동안 히트싱크에 연결될 때 30% 듀티 사이클 동안 적용될 수 있는 전류이다. 이 세 가지 연속 전류 값은 동일하지 않으며 이러한 서로 다른 측정값으로 설명된 모터는 품질이 크게 다르다.
불행하게도 모터 제조업체가 연속 전류를 계산하는 방법에 대한 세부 정보는 게시된 데이터 시트 및 카탈로그 하단에 작게 인쇄되어 있는 경우가 많다. 설계 엔지니어나 구매 담당자가 작은 글씨에 주의를 기울이지 않으면 부적절한 모터 사양이 나올 수 있다.
취미용과 산업용 구분 방법
다음은 취미 수준의 모터 애플리케이션과 실제 산업 등급 서보 모터를 신속하게 구별할 수 있는 몇 가지 내용이다. 취미용 디자인은 종종 중요한 축에서 간단한 브러시 모터를 사용할 수 있으며, 직선 DC 입력에서 실행되는 축을 포함한다. 경우에 따라 저비용 감속기를 모터에 통합한다. 또한 피드백 및 베어링을 포함한 많은 리니어 서보 축의 가격은 정도에 불과하다. 대조적으로, 산업 등급 리니어 서보 설계는 정밀하게 제조된 하위 구성 요소와 고급 전자 장치를 포함하여 무엇보다도 정확한 위치 지정 및 축 조정을 정확하게 수행하기 때문에 훨씬 비싸다.
애호가를 위한 또 다른 설계 매개변수는 모터 저항이다. 이는 종종 배터리로 작동하는 빌드를 더 오래 실행하기 위한 핵심 설계 매개변수로 선전되기 때문이다. 여기서 기억해야 할 세 가지 사항이 있다.
• 0.5A의 전류는 모터의 종류에 관계없이, 서보 모터일지라도 0.5A 이다.
• 산업 응용 분야에서 모터 저항은 미묘하고 교육적인 고려가 필요한 척도이다.
• 오늘날 산업용 애플리케이션에 사용되는 대부분의 모터는 전원 공급이 권선에 DC 전압을 적용하는 것처럼 간단하게 이루어지는 DC 브러시 모터와 다르다.
▲ Nippon Pulse의 스케일리스(SL) 관형 선형 모터에는 선형 인코더가 내장되어 있다.
요약하면 애호가, 아마추어 CNC 설계자 및 공학도는 종종 모션 제어를 주요 직업으로 삼지 않는다. 그들은 제작자 시장 구축 작업과 YouTube 비디오, 디자인 포럼 및 제조업체 데이터 시트와 같은 온라인 교육 참고 자료에 대한 노출을 통해 모션 제어에 정통한다. 언급한 바와 같이 제작자 공간 및 교육 STEM 프로그램뿐만 아니라 이러한 커뮤니티에서 사용되는 용어는 산업용 모션 제어 시장에서 사용되는 용어와 상충된다.
또 다른 복잡한 요소는 때때로 산업 환경에서 사용되는 것과 이러한 메이커급 빌드 사이에 공통점과 중복이 있다는 것이다. 예를 들어 소형 독립형 산업용 모션 컨트롤러는 제조업체 로봇에 적합한 경우가 많다. 일부 자동화 등급 서보 모터는 Linux 호스 트에서 실행되는 C++ 라이브러리를 통해 BeagleBone Black 및 Raspberry Pi 보드의 명령을 받는다. 후자는 때때로 구성 요소 제조업체에서 제조업체 커뮤니티의 모션 구성 요소 수요를 충족하는 동시에 애플리케이션 엔지니어가 일회성 프로젝트에 관여하지 않도록 하는 방법으로 제공된다.
제조업체와 OEM 등급 설계 사이의 경계를 더욱 모호하게 만드는 것은 일부 대규모 엔지니어링 팀이 머신 빌드에 오픈 소스 보드 컴퓨터를 통합하기 시작했다는 사실이다. 대부분 모션 제어용 기존 PLC보다 이러한 보드의 저렴한 비용과 높은 가용성을 활용 하기 위해서이다. 실제로 Nippon Pulse는 메이커 시장을 위한 저비용 하이브리드 모션 컨트롤러를 곧 출시할 예정이다.
자료제공: Nippon Pulse(www.nipponpulse.com)
