Maxon Motor, DC 선형 액추에이터와 DC 선형 모터 비교

공장 자동화 및 로봇 애플리케이션 엔지니어는 종종 할당된 작은 공간 내에서 빠르고 정확하며 강력한 선형 작동을 필요로 하는 설계 과제에 직면한다. 가장 일반적으로 사용되는 두 가지 기술은 회전식 DC 모터 구동 액추에이터와 선형 DC 모터 액추에이터이다. 물론 모든 기술에는 장점과 단점이 있지만 가끔 쉽게 간과된다. 맥슨모터(Maxon Motor)의 DC 선형 액추에이터와 DC 선형 모터 비교를 통해 간과할 수 있는 장점 및 단점에 대해 소개한다.
 

선형 모터

선형 DC 모터를 떠올리는 쉬운 방법은 표준 DC 모터를 평평하게 만든 것이라고 생각하면 된다. 예를 들어 모터 스테이터 코일 라인이 영구 자석 슬라이딩 액추에이터를 통과한다. 또한 선형 DC 모터는 움직이는 코일이 있는 자석 레일로 제조될 수도 있다. 평평한 모양 또는 원형의 형태로 제작될 수 있다.

장점

•DC 선형 모터의 주요 장점은 속도이다. 또한 소형의 고품질 유닛은 탁월한 가속도 율을 달성할 수 있다.
•또 다른 이점은 운영 수명이다. 기어가 없고 마찰 지점이 유일하게 필요한 선형 가이드이기 때문에 수명이 상대적으로 길다.

단점

•선형 DC 모터는 힘이 매우 약하거나 특히 낮은 속도에서 DC 선형 액추에이터에 비해 낮은 힘 구배를 가진다. 특히 중요한 것은 같은 수치를 비교할 필요가 있다는 것이다. 전 세계 여러 제조업체들은 카탈로그에 흡인력, 실속력, 정격힘, 고정력, 그리고 후방 추진력 등 힘과 관련된 등급을 게재하기 위해 완전히 다른 관점을 사용한다. 가장 포괄적인 테스트는 힘 구배를 사용하는 것이다. 제품 정보를 제공하는 회사들이 뉴턴 및 초당 미터 수를 나타내는 수치(m/s/N)를 제공할 것이다. 이 속도 힘 라인의 기울기는 적용되는 하중의 모든 뉴턴에 대해 유닛이 얼마나 감속하는지를 나타내며 이것이 진짜 강도를 테스트하는 방법이다.
•두 번째 단점은 전류 소모이다. 선형 모터는 직접 구동 솔루션이고 필요한 이송력에 따라 높은 전류 상승이 있기 때문에, 지리 솔루션은 비례적으로 낮아진다.

선형 액추에이터

이 비교에서 DC 모터 구동 선형 액추에이터만을 보고 있다. 하지만 인라인 OEM 스타일 유닛에서 기성품 자급식 유닛에 이르기까지 다양한 형태로 제공된다. 공정성을 위해 하위 범주에 속하는 항목을 간단히 비교해 봐야한다.

OEM 유닛

이들 장치는 처음부터 개발 중인 제품에 통합하기 위해 특별히 설계됐으며 유닛의 액추에이터 부분이 제품 자체의 일부가 된다. 이는 전체적인 크기와 무게를 최소로 유지하기 위한 것이다. 이는 구동 너트를 사용해 나사산 부분을 구동하는 DC 모터처럼 간단한 시스템이거나 통합 볼 스크류, 추력 블록, DC 모터, 기어 헤드 및 인코더 어셈블리의 보다 강력한 설계일 수 있다.

자체 포함 유닛

이러한 액추에이터는 일반적으로 사용 가능한 선형 액추에이터이며 벨트 및 풀리에 의해 구동되는 나사산 섹션 옆에 DC 모터가 장착돼 있다. 나사산 부분 또는 스핀들 부분은 튜브에 들어있으며 고정 너트는 구동 로드를 밀어 넣거나 빼는 오버 튜브에 연결된다. 이러한 볼트는 일반적으로 병원 침대와 낮은 듀티 사이클 애플리케이션에 사용되는 볼트이지만 OEM 스타일의 스핀들 드라이브에 비해 부피가 크고 비효율적이다.

이 유형의 액추에이터에서 일반적으로 사용되는 저비용 DC 모터는 벨트 및 풀리 메커니즘에서 상당히 높은 반경 하중을 가할 수 있다. 이로 인해 모터 베어링이 사전에 손상될 수도 있다. 이 글은 자동화 및 로봇 설계 엔지니어를 위해 작성됐기 때문에 OEM 스타일이 공간, 전력, 효율성 및 신뢰성 측면에서 훨씬 더 적합할 것으로 가정해 OEM 스타일 액추에이터와 선형 모터 간의 장단점을 비교할 수 있다.
 

장점

•DC 모터 구동식 액추에이터는 선형 모터보다 부피당 훨씬 더 높은 힘을 생성할 수 있다.
•나사산 또는 스핀들 섹션의 특성상 자체 잠금 및 자유 작동 옵션을 모두 제공한다.
•높은 효율성이 가능하다. 특히 최근 세라믹 및 기타 고품질 소재가 발전함에 따른 결과이다.
•모터 후면에 표준 인코더를 간단히 장착하면 제어가 매우 쉽다. 기어 비율과 나사산 피치를 결합하면 표준 모터 위치 컨트롤러에서 매우 높은 위치 결정 분해능을 얻을 수 있다.
•비용: 전체 결과에 필요한 추가 시스템 구성요소를 비교해야한다. 선형 인코더, 선형 가이드 레일, 한계 스위치 등이 일반적으로 선형 모터에 필요한 것들이다. 이러한 추가 기능을 필요로 하지 않는 통합 OEM 스타일 유닛을 사용하면 추가 비용을 크게 줄일 수 있다.

 

단점

•선형 모터에 비해 DC 선형 액추에이터의 주요 단점은 속도이다. 최고 속도는 180~200㎜/s 이다.
•두 번째 단점은 통합이다. 전체적인 기계 크기를 줄이기 위해 설계상 스핀들 너트를 고정하는 것은 애플리케이션 부하 자체의 일부이므로 고객이 일정 수준의 시스템 설계 및 통합을 수행해야한다.