브러시리스 DC 모터의 선택 조건

ElectroCraft

1. 브러시리스 DC(BLDC) 모터의 적용 사양 결정

어플리케이션에 적합한 모터를 선택하기 위해서는 사전에 몇 가지 요소를 고려해야 한다. 속도 외에 토크 및 듀티 사이클 요구 사항, 전원 공급 장치의 전압 및 전류 용량, 개방형 또는 폐쇄형 루프 시스템을 사용과 속도, 전류 또는 위치 제어가 필요하다. 이 외에도 모터 샤프트의 축 방향과 반경 방향의 하중, 유지 및 작동 온도 범위 그리고 환경 조건도 확인해야 한다.

2. 모션의 변수 값

고정 속도와 부하가 있는 애플리케이션의 경우 고려 중인 모터의 속도/토크 곡선에서 일치하는 지점을 찾고 연속 작동 범위 내에 있음을 확신해야 한다. 가변 속도 및 하중으로 작업하는 경우 RMS(Root-Mean-Square) 토크를 계산해야 한다. RMS 토크는 시간의 함수이다. 이동 프로파일 과정에 따라 다르다.

(T는 주어진 시간 증분 “t” 에 대한 토크)

결과가 모터의 연속 작동 범위 내에 있다면 과열되지 않아야 한다. 최대 작동 한계에 가까운 값은 모터 및 드라이브 플랫폼의 사양에 따라 2-3초 동안만 지속해야 한다. 피크 토크와 최대 속도가 모터 작동 범위 내에 있는지도 확인해야 한다.

3. 적합한 모터 유형 결정

상대적으로 낮은 토크 및 고속 애플리케이션의 경우 단 하나의 모터로서 모션을 구동할 수 있다. 모터를 기어 박스와 연결하면 동일한 모터가 저속에서 더 높은 토크를 전달할 수 있다.

예를 들어, 아래 상단 그래프는 ElectroCraft의 RapidPower™ Xtreme RPX22-042 BLDC 모터에 관한 속도/토크 곡선으로서 9,000rev/min에서 42mN-m의 연속 토크를 보여 주고 있다. 아래 하단 그래프는 같은 모터를 1, 2, 3 또는 4단 유성 기어 박스와의 결합에 따라, 약 2300 rev/min에서 130 mN-m과 약 13 rev/min에서 2500 mN-m 사이의 출력 값을 낸다.

4. 기어 박스의 필요성

BLDC 모터와 일치하는 기어 박스는 모터가 자체적으로 제공 할 수 있는 것보다 토크 요구 사항이 높은 애플리케이션에 적합하다.

또는 로터와 부하 관성 사이에 상당한 불일치가 있는 애플리케이션에서 시스템의 우수한 동적 응답을 요구하는 경우 적합한 선택이다(기어 박스를 통해 반영된 관성 즉 감소비 1/2). 이 때 추가적인 이점은 모터가 출력 샤프트 보다 더 빠르게 회전하여 속도 리플이 줄어든다는 것이다.

전체 풋 프린트를 줄일 수 있는 이 방법의 예는, RapidPower™ Xtreme LRPX 시리즈(ElectroCraft)와 같은 통합 유성 기어 모터를 사용하는 것이다. 모터 전용 또는 기어 모터 결정에서 속도/토크 요구 사항뿐만 아니라 모션 제어 유형도 고려해야 한다. 선형 액츄에이터와 같은 위치 제어 애플리케이션의 경우 모터 전용이 더 바람직할 수 있다.

펌프 또는 휠 드라이브와 같은 속도 또는 전류 제어 애플리케이션의 경우는 기어 모터가 더 바람직할 수 있다. 위의 이유 외에도 물리적 크기, 효율성, 비용 및 전력 소비는 결정함에 있어 중요한 역할을 한다.

5. 드라이브에 모터를 연결하는 방법

BLDC 모터 드라이브를 사용하는 대부분의 애플리케이션은 모터 위상에서 전류를 올바르게 시퀀싱하기 위해 피드백이 필요하다. 홀 효과 센서 또는 인크리멘탈 엔코더와 같이 피드백이 있는 모터가 이상적인 선택이다. 이러한 방식으로 디지털 드라이브/제어기를 전류, 속도 또는 위치 제어 모드에서 사용할 수 있다.

드라이브는 사다리꼴 정류에 홀 효과 센서를 사용할 수 있다. 일부 드라이브는 이러한 센서를 보간 정현파 정류에도 사용할 수 있다.
더 정확한 정현파 정류를 위해 엔코더를 추가할 수 있다. 홀 효과 센서 신호가 속도 루프 피드백에 사용되는 경우 느린 속도에서 상당한 속도 리플이 발생할 수 있다.

더 나은 저속 성능을 위해서는 엔코더가 더 높은 해상도를 제공해야 한다. BLDC 모터의 위치 제어 모드를 위해서는 엔코더가 필요하다. ElectroCraft의 범용 드라이브 CompletePower™Plus는 하나의 소형 패키지로 모든 유형의 DC 모터에서 위의 설명한 모든 제어 방법을 제공한다.

6. 전문가에 문의

종종 설계 엔지니어는 모션 전문가가 아니므로 모터(또는 모터 및 기어 박스) 제조업체에 문의하는 것이 현명한 선택이다. 애플리케이션의 요구 사항을 이해하고 최종 결정을 내릴 때는 제조업체에 문의하여 관련 애플리케이션 요구 사항을 확인해 보는 것이 좋다. 그들은 다양한 응용 분야에 대한 오랜 경험과 전문 지식을 갖추고 있기에 최종 단계에서 도움을 줄 수 있다.

자료 제공: ElectroCraft(www.ElectroCraft.com)