소형 DC 모터에 가장 적합한 전자기 브레이크 선택 방법

다양한 산업 분야의 소형 DC 모터 애플리케이션에서 전자기 브레 이크는 움직이는 하중을 늦추거나 멈추는 효과적인 수단이다. 소형 DC 모터를 사용하여 일반적인 토크 제어 옵션을 구현할 수 있지만 전자기 브레이크는 정밀도, 작은 크기, 신뢰성, 에너지 효율성 및 비용 절감의 탁월한 조합을 제공한다. 이 기사에서는 기계 설계자가 사용할 수 있는 다양한 전기 기계식 브레이크 스타일과그 장단점에 대해 설명한다.

일반적인 전자기 브레이크는 하중을 제동하거나 유지하기 위한 토크를 생성하는 전자석 역할을 하는 고정 계자 코일(field coil)을 사용한다. 코일의 전자기는 구조물과 연결되거나 분리되는 전기자를 제어한다. 브레이크 어셈블리에는 공간을 절약하기 위해 DC 모터의 샤프트에 장착되는 속이 빈 샤프트가 포함되어 있다.

Power-On, Power-Off Design

Power-On Design의 브레이크는 계자 코일에 전류가 흐를 때만 맞물린다. 이는 브레이크가 높은 하중을 유지할 필요가 없거나 전원을 끈 후 유지 토크가 필요하지 않은 경우 허용된다. 또는 Power-Off Design의 브레이크를 사용하면 전자석에 전류가 흐르지 않는 한 브레이크가 항상 연결된 상태를 유지한다.

이것은 일부 애플리케이션에 대해 본질적으로 더 안전한 설계를 만든다. 예를 들어 자동화된 창문 가리개에는 Power-Off Design 브레이크가 제공하는 안전한 유지 토크 제어가 필요하므로 전원이 제거될 때 모터가 가리개 위치를 유지할 수 있다.

스프링 세트(Spring-set) 브레이크는 정전 또는 비상 정지 상황에서 하중을 자동으로 정지하고 유지하기 위해 전원 차단 제동 원리를 사용한다. 여기서 제동력은 압축 스프링을 통해 가해지며 브레이크는 일반적으로 수동으로 해제된다. 이브레이크는 토크 소멸(torque fade) 없이 전체 모터 속도에서 반복적인 제동 주기를 허용 하며 스프링력 요구 사항에 따라 정격 전압 및동적 마찰 재료에 따라 맞춤화 할 수 있다.

그러나 스프링 브레이크는 동적 제동 또는 정밀 유지 효율을 방해할 수 있는 백래시를 나타낼 수 있다. 영구 자석 power-off 브레이크는 움직이는 하중의 동적 정지및 유지와 높은 사이클 속도 정지가 필요한 응용 분야에 현명한 선택이다. 이 브레이크 스타일은 자기적으로 결합하고 전기적으로 분리하도록 설계되어 전원 차단 상태에서 안전하게 유지된다.

브레이크에 전압이나 전류가 가해지면 코일은 전자석이 되어 영구 자석의 자속선과 상쇄되는 자속선을 생성한다. 이 동작은 전기 자를 해제하여 에어 갭을 만들고 로드 샤프트가 회전할 수 있도록 한다. 스프링 브레이크의 on/off 기능과 달리 전압 또는 전류를 높이면 제동력이 정밀하게 제어된다.

영구 자석 전자기 브레이크 고려 사항

영구 자석 브레이크에는 움직이는 부품이 없기 때문에 정밀한 토크 유지 및 동적 정지를 위해 백래시 없이 매우 빠른 속도로 작동할 수 있다. 전기자, 스프링 및 허브 사이의 고정 연결을 통해 부품을 정밀하게 제어할 수 있다.

이러한 이점으로 인해 영구 자석 브레이크는 특히 로봇 팔 관절에 사용하기에 적합하다. 

영구 자석 브레이크를 구현할 때 다음 사항을 염두에 두어야 한다. 동적 제동 중에 열이 발생하므로 마찰, 하중 및 토크 요구 사항을 처리할 수 있도록 브레이크 크기를 올바르게 지정해야 하며, 브레이크에도 일정하고 특정한 전류가 필요하므로 고온이나 온도 변화 등 전류 변동이 발생할 수 있는 조건에 주의하여 사용해야 한다.

자료제공: Portescap(www.portescap.com)