앱솔루트 유도형 인코더, 하우징 유무에 따른 설계와 적용 비교
산업 자동화 및 정밀 제어 분야에서 인코더의 정확도와 신뢰성은 핵심적인 요소다. Celera Motion은 이러한 요구에 부응하기 위해 두 가지 형태의 앱솔루트 유도형 인코더(IncOder)를 제공하고 있다. 바로 하우징 타입(Housed IncOder)과 비하우징 타입 (Unhoused IncOder 또는 IncOder CORE)이다. 각각은 패키징 된(packaged) 버전과 언패키징(unpackaged) 버전으로도 불린 다. 두 인코더는 동일한 센서, 전자 회로, 소프트웨어를 사용하기 때문에 기본 작동 원리는 완전히 동일하다. 그 결과, 다음과 같은 공통된 장점을 제공한다.
• 높은 반복 정밀도
• 뛰어난 내구성
• 오염에 대한 높은 내성
• 편심(eccentricity)에 대한 민감도 낮음
• 별도의 보정(calibration) 불필요
이번 기사에서는 두 인코더의 주요 차별점 중에서도 특히 기계적 인터페이스 측면에서의 차이를 중심으로 살펴본다. 주요 비교 항목은 △패키징 방식 △장착(mounting) 옵션 △설치 사양 등이 며, 각 제품 유형에 적합한 응용 분야에 대한 권장 사항도 함께 소개하기로 한다.
기계적 인터페이스의 차이점
Housed IncOder와 IncOder CORE 간의 주요 기계적 차이는 패키징 및 장착 방식에서 확인할 수 있다. 두 제품 모두 회전 센서 보드를 포함하는 로터(rotor)와 고정 센서 보드 및 전자 회로 보드를 포함한 스테이터(stator)로 구성된 페어(pair) 형태로 제공된다.
Housed IncOder는 알루미늄 재질의 기계식 하우징 내부에 센서 보드가 밀폐되어 있다. 전자 회로는 모두 스테이터 내부에 통합되어 있으며, 유일한 예외는 37mm 사이즈의 Mini IncOder다. 이 제품은 전자 회로가 스테이터와 케이블 어셈블리에 연결된 외부 원격 보드에 분산되어 있다.
이 하우징 내부에는 포팅 컴파운드(potting compound)가 사용 되어 고정 센서 보드 및 전자 보드를 견고하게 고정시키고, 로터 내의 회전 센서 보드 역시 고정된다. 이 포팅 소재는 다음과 같은 역할을 수행한다.
• 기계적 안정성 확보
• 인코더 내부 구조의 일부분으로 작용
• 충격 및 진동으로부터 보호
• 열 방출 기능 제공
• 외부 환경으로부터의 보호
로터 및 스테이터를 호스트 어셈블리에 고정하는 방식은 다양하다. 나사 고정 방식(screw mount), 세트 스크류(set screw), 서보 클램프(servo clamp) 방식 등이 있으며, 이때 필요한 기계적 특성은 금속 하우징 내부에 이미 통합되어 제공된다.
<그림1> Housed IncOder (58mm Mini IncOder)]
Housed IncOder는 센서와 전자 부품이 모두 알루미늄 하우징 안에 내장된 형태로, 충격이나 진동, 외부 환경으로부터의 보호에 최적화된 구조를 갖추고 있다. 특히, <그림1>에 제시된 58mm Mini IncOder는 소형 기기에도 쉽게 통합될 수 있도록 설계되었다.
<그림2> Unhoused IncOder (IncOder CORE – 44mm 및 70mm)]
반면, IncOder CORE로 불리는 비하우징 타입(그림2)은 경량 화된 설계와 단순한 제조 공정, 쉬운 시스템 통합을 가능하게 한다. 이 제품은 여러 개의 인쇄회로기판(PCB)이 적층된 구조로 되어 있으며, 외부 하우징이 없다. 또한 보드 간 공간에 포팅 재료가 채워지지 않아 구조가 더욱 단순하다.
하우징이 없는 만큼 IncOder CORE는 설치 요구에 맞게 형상과 크기를 유연하게 변경할 수 있어 커스터마이징에 용이하다.
로터와 스테이터는 PCB에 있는 M2 나사 고정홀을 이용해 호스트 어셈블리에 장착할 수 있다. 다만, 설치 및 작동 시 인근 금속 부품의 위치에 주의해야 한다. 주변 금속은 인코더의 성능에 영향을 줄 수 있기 때문이다.
설치 가이드라인: 하우징의 유무에 따른 고려사항
엔코더에서 하우징은 단순한 기계적 구조 이상의 역할을 수행한다. 가장 중요한 기능 중 하나는 외부 전자기 간섭(EMI) 및 주변 금속으로 인한 간섭으로부터 인코더를 보호하는 것이다. 하우징은 일종의 ‘패러데이 케이지(Faraday Cage)’로 작용하여 외부 전기장을 차단하고, 금속 간섭으로부터 시스템을 보호한다.
이러한 보호 기능 덕분에 Housed IncOder는 설치 위치에 대한 특별한 제약 없이 안정적인 성능을 발휘하며, 설치가 매우 용이하다.
반면, IncOder CORE는 금속 하우징이 없는 설계로 인해 매우 가볍고 다양한 애플리케이션에 적합한 유연한 솔루션을 제공 한다. 하지만 하우징이 없는 만큼, 명시된 정확도를 달성하기 위해서는 설치 조건을 반드시 준수해야 한다.
특히, IncOder CORE를 설치할 때는 비금속 재질의 스페이 서(non-metal spacers)를 사용해 ‘금속 배제 영역(Metal Exclusion Zone)’을 확보하는 것이 권장된다. 동작 중에는 중심 샤프트(host shaft), 로터 고정용 나사, 위치 고정용 핀(dowel)을 제외하고, 전도성 소재나 자기적으로 영향을 줄 수 있는 물질이 로터 표면에서 3mm 이내에 위치하지 않도록 해야 한다.
<그림3>은 다양한 마운팅 기판에 따른 Housed IncOder(a)와 IncOder CORE(b, c, d)의 설치 권장 예시를 보여준다.
<그림3> a. Housed IncOder / b. 비금속 기판에 장착된 Unhoused IncOder CORE 로터 / c 와 d. 금속 기판에 장착된 Unhoused IncOder CORE 로터
사양 비교
적용 분야
Housed IncOder와 비하우징 타입인 IncOder CORE는 각각의 목표 시장에서 다양한 애플리케이션에 적합하도록 설계되었다.
Housed IncOder는 밀폐형 설계를 채택해 열악한 환경에서의 사용에 이상적이다. 응결이나 먼지 등으로 인해 광학식 또는 정전용량식 센서가 신뢰성을 잃을 수 있는 조건에서도, IncOder는 이물질의 영향을 거의 받지 않으며, IP67 등급 모델도 제공되어 높은 내환경성을 자랑한다.
반면, Unhoused IncOder CORE는 경량성과 컴팩트한 설계가 중요한 응용 분야에 적합하다. 대표적인 예로는 수술용 로봇, 의료용 로봇, 로터리 액추에이터, 팬틸트 포지셔너, 무인항공기(UAV) 등이 있다.
IncOder CORE는 다양한 사이즈와 마운팅 옵션으로 제공되며, 표준 사양이 특정 애플리케이션에 맞지 않을 경우 맞춤형 개발도 유연하게 지원된다.
자료제공: CeleraMotion(www.celeramotion.com)
