다이렉트 드라이브 모터 기술의 6가지 최신 트렌드

ETEL

다이렉트 드라이브 모터는 표준 변속기 장치로부터 하나의 기술적 진보를 가져왔다. 토크모터 및 리니어 모터를 각각 기어 박스 및 볼 스크류에 대한 최첨단 대안으로 간주했다.

기본 설계(로터의 영구 자석과 고정자의 구리 코일)는 오랫동안 사용해 왔지만 모터 제조업체는 여전히 다양한 측면에서 미세 조정을 수행하여 제품의 전반적인 성능과 품질을 향상시키고 있다. 본문은 다이렉트 드라이브 모터 빌더가 취하는 6가지 개선 사항이다.

1. 힘 밀도의 증가

다이렉트 드라이브 모터의 주요 장점 중 하나는 설치 공간에 비해 높은 성능을 제공한다는 것이다. 토크 모터 및 리니어 모터 각각에 대한 토크와 힘은 기계 출력의 희생없이 전체 공간을 덜 차지하게 한다.

기술 발전과 효율성을 요구하는 경쟁 환경 그리고 복잡해지는 부품들이 공작기계 및 모터 제조업계에게 설치 면적에서 힘과 밀도를 최대화하는 방법을 모색하게 하고 있다.
일반적인 접근 방식은 설치 면적에 더 많은 코일을 넣을 수 방법을 독창적인 모양이나 다른 독점적 제조 방법으로 찾고 있다.

코일이 더 밀집되어 있을수록 더 많은 가닥이 끼워 질 수 있어 전체적으로 더 강한 자속을 갖게 한다. 모터 자체 외의 열 방출 또한 모터 성능에 영향을 줄 수 있는 영역으로 모터가 냉각될수록 성능이 더 향상된다.

이것이 모터 선택에 있어 선택의 기준이므로 모터 설계자들은 항상 최신 디자인과 우수한 재료로 발전하기 위해 노력한다.

2. 크기의 다양성

공작 기계에 사용되는 다이렉트 드라이브 모터는 특정 공간 내에서 최적의 출력을 제공해야 하기 때문에 성능 및 제품 품질의 관점에서 주요 구성 요소이다. 모터 디자인에서 형상 변화의 증가는 기계 제작자에게 설치 공간을 최소화하면서도 주어진 공간에 특정 애플리케이션을 위한 최적의 모터를 구현할 수 있게 하는 유연성을 제공한다.

토크 모터에서는 여러 종류의 직경과 길이 그리고 출력이 있다. 이상적인 믹스를 찾는 것은 예전처럼 어려운 것은 아니다. 모터의 외경이 제한되는 경우 토크를 최대화하는 높이 옵션이 기계에 있다.

크기의 다양성 또한 비용적인 면에서도 유연성을 제공한다. 예를 들어 선형 모터의 길이를 증가시키는 것은 폭을 감소시킬 수 있고 결과적으로 이동 길이를 따라 고가의 자석 양을 감소시킬 수 있다. 다양한 크기 덕분에 기계 제조업체는 기계의 공간과 효율성을 보다 쉽게 극대화 할 수 있다.

3. 통합의 단순화

공작 기계에서 액체 냉각이 표준이 됐다. 열을 올바르게 소산하면 모터의 토크 성능이 본질적으로 두 배가되어 훨씬 작은 크기로 작동할 수 있다. 그러나 특정 애플리케이션에서의 액체 냉각은 위협적 일 수 있다.

이러한 문제를 해결하기 위해 모터 제조업체는 종종 독립형인 내장 폐쇄 냉각 재킷(built-in closed-cooling jackets) 옵션을 제공하고 있다. 이는 냉각수 누출을 ​​없애고 최적의 냉각 채널을 설계해야 하는 어려움을 없앤다.

리니어 모터에서 통합을 단순화하는 한 가지 방법은 마그네트 웨이를 일관되게 유지하는 것이다. 예를 들어 빌더가 기계에 다양한 크기의 선형 모터를 적용하고 모터 트랙의 볼트 구멍 패턴이나 너비 증분에 일관성이 없을 때 상황이 매우 복잡해진다.

이것은 엔지니어가 모터를 업그레이드하고자 할 때 조정해야 하는 두 부분이기 때문에 특히 복잡해진다. ETEL의 마그네틱 웨이가 LMG와 LMS 모터와 호환되는 것처럼 유사한 마그네틱 웨이를 여러 모터 모델에 사용한다면 모터 교환에서 조정이 쉬워야 한다. 더 큰 이점은 고객이 최소한의 노력으로 기계를 업그레이드 할 수 있어 차세대 모델을 기존 트랙에 여전히 사용할 수 있다는 것이다.

4. 다양한 와인딩 옵션

모터는 토크 또는 힘을 생성하지만(예: 연속 및 피크 값), 다른 속도에서 주어진 값의 크기에 따라 여전히 제한될 수 있다. 역기전력(back-EMF) 전압과 와전류 그리고 기타 요인으로 인해 모터의 속도가 빠를수록 토크 기능이 저하된다.

이러한 영향을 줄이는 일반적인 방법은 많은 전류를 소모하여 속도 임계 값을 높이는 것이다. 이것은 모터의 토크 또는 힘의 성능에 미치는 영향을 최소화하면서 조정할 수 있는 측면이다. 대부분의 모터에는 최소한 두 가지 옵션이 있지만 ETEL은 최대 4개의 옵션을 사용할 수 있으므로 고정된 모터 크기 내에서 더 많은 유연성을 갖는다. 많은 작동 범위를 만족시키기 위해 각 모터 설치공간 내에서 여러 토크 대 속도 프로파일을 제안할 수 있다.

5. 새로운 통합 방법

다이렉트 드라이브 모터는 한동안 표준 애플리케이션에 적용했지만 기계 제조업체가 이 기술에 더 익숙해지면서 다이렉트 드라이브를 활용할 수 있는 방법을 고안했다. 한 예로서 마그네틱 트랙을 따라 이동하는 선형 모터의 전통적인 구성에서 모터가 아닌 자석 조각을 움직이는 것이다.

이 구성은 마그네트 웨이로 짧고 빠른 스트로크를 얻거나 또는 선형 모터 트랙을 가로 질러 단일 자석 조각을 이동시키는 데 사용한다. 가벼울 뿐만 아니라, 케이블 부착이 없는 페이로드로서 보다 더자유롭게 움직인다.

페이로드를 원 혹은 stadium configuration으로 이동하기 위해 직선이 아닌 곡선에서 이동하도록 선형 모터를 사용하여 마그네트 웨이에 맞출 수 있다. 이는 토크 모터보다 적은 공간을 차지할 뿐만 아니라 불필요하게 높은 토크 기능을 갖춘 대형 토크 모터에 대한 비용을 줄일 수 있다. 이를 병렬로 사용할 수 있는 별도의 리니어 모터의 모듈성으로 조합하면 쉽게 통합하고 유지 관리 할 수 있는 하나의 솔루션을 얻을 수 있다.

6. 더 큰 효율성

환경 문제로 인해 에너지 효율성에 대한 수요가 증가하면서 많은 기업들이 보다 친환경적인 기술을 찾고 있다. 이를 위해 모터 제조업체는 전력 손실을 가능한 한 낮게 유지하기 위해 새로운 디자인 아이디어를 찾고 있다.

그 중 하나는 코일이 감겨있는 라미네이션 스텍을 만든 것이다. 와전류를 줄이기 위한 아주 작은 레이어(~ 0.1 mm), 코일 와인딩에 Litz 철사나 분리된 마그네트를 사용했다. 모터 제조업체는 기존 다이랙트 드라이브 컨셉과 동일한 구조에서 효율적인 성능을 위해 재료의 모든 측면과 구성 방법을 연구하고 있다.

자료 제공: ETEL(www.etel.ch)