초소형 모터 솔루션을 이용한 장비성능 최적화의 효과적 접근 방법
전기 모터는 동력 전달, 피드백 및 제어 장치와 함께 모션 축에 의존하는 기계에 매우 중요하다. 따라서 신제품 개발에 착수하는 주문자 상표 부착 생산 업체(OEM)는 프로젝트 설계 초기 단계부터 모션 전문가를 참여시켜야 한다.
모터와 모터의 출력은 장비의 전체 설계에 광범위한 영향을 미치기 때문에 모션 시스템 전문가를 조기에 참여시키면 장비의 성능을 최적화하고 프로젝트 개발도 간소화할 수 있다. 특히 소형 모터와 모션 시스템이 필요한 정밀 장비의 경우 더욱 그렇다.
초소형 모터로 더욱 정밀한 제어 가능
전기 모터는 토크, 속도, 가속도 및 샤프트 위치를 제어함으로써 수술 로봇부터 산업용 기계에 이르기까지 다양한 시스템에 생명을 불어넣는 기본 구성 요소이다. 이러한 애플리케이션 중 일부는 1kW 이상의 전력을 필요로 하지 않으므로 작고 가벼운 모션 시스템이 필요하다.
일반적으로 1kW 미만을 생성하고 직경이 약 90mm 이하인 소형 모션 시스 템은 복잡한 애플리케이션 요구 사항을 충족해야 하는 경우가 많다. 예를 들어 인공위성을 안내하거나 수술 로봇의 관절에 동력을 공급하는 모터와 제어 시스템은 정확한 정밀도를 제공해야 한다. 마찬가지로 환자 주입 시스템과 같은 의료 장비를 제어하는 모터는 절대적인 신뢰성을 보장해야 한다. 이러한 신뢰 성은 미션 크리티컬한 군사 애플리케이션의 일반적인 요구 사항이기도 한다.
장비에 관계없이 모션 시스템의 설계에는 신중한 고려가 필요하다. 이러한 측면은 애플리케이션의 속도 및 정확도 재요구 사항에 따라 장비의 작업 수행 능력에 영향을 미친다. 또한 장비의 최종 크기와 무게는 물론 출시 기간과 개발 비용에도 영향을 미치므로 OEM은 새로운 프로젝트의 초기 단계부터 모션 시스템 전문가를 포함시키는 것이 매우 유리하다.
▲ Portescap의 브러시 DC 마이크로 모터
아이디어 단계에 모션 시스템 전문가를 포함시켜라
OEM 엔지니어가 컨셉 개발로 관심을 돌릴 때, 가급적이면 아직 제품의 아이디어 단계에 있을 때 모션 시스템을 고려해야 한다. 모션 시스템 설계에 대한 일반적인 가정만 논의하더 라도 이 단계에서 모션 시스템 엔지니어와 상의하면 나중에 설계 선택에 제약을 받지 않을 수 있다.
모든 OEM 프로젝트에는 어느 정도 정해져 있는 설계 목표가 있다. 이러한 속성은 정밀도, 속도, 신뢰성과 관련 되는 경우가 많으며, 이 모든 것은 모션 시스템에 크게 좌우된다. 모션 시스템 엔지니어의 초기 참여는 궁극적으로 이러한 최종 목표를 가장 효과적인 방식으로 달성할 수 있도록 보장한다.
물론 OEM이 단독으로 진행할 경우 모션 시스템에 대한 초기 결정은 표준 제품을 기반으로 이루어지기 때문에 장비의 전체 설계가 제한될 수 있다. 나중에 모션 솔루션 사양을 변경할 수는 있지만, 이러한 추가 재작업으로 인해 출시 시기가 지연되고 추가 비용이 발생한다.
컨셉 단계에서 모션 시스템의 사양을 설정해라
개념 단계에서 OEM 엔지니어는 전체 설계를 공식화하고 일반적으로 개념 증명을 위해 기성품 모션 솔루션을 포함한다. 종종 혼자 작업하는 OEM 엔지니어는 토크와 속도에 대한 안전 마진을 넓히기 위해 대형 모션 시스템을 사용한다. 이러한 접근 방식은 엔지니어가 필요한 작동 성능을 확보하는 데 도움이 될 수 있지 만, 질량, 치수 및 에너지 효율에 대한 최적의 매개변수를 충족하기 위해 최종적으로 선택한 모션 시스템을 축소해야 한다는 의미이기도 한다.
보다 정확한 성능 요구 사항을 조기에 파악하는 한 가지 방법은 모든 잠재적 사이클과 피크 듀티 요구 사항을 포함하여 다양한 부하 및 속도 작동 지점에서 장치의 전류를 측정하는 것이다. 모션 시스템 엔지니어의 도움을 받아 이 접근 방식을 사용하면 OEM은 최적의 속도-토크 및 관성 균형을 달성하는 데 필요한 모터 크기와 필요한 기어 감속을 보다 정확하게 결정할 수 있다. 이 단계에서 OEM은 설계 및 모터 드라이브 컨트롤러에서의 위치를 포함하여 피드백 장치도 지정해야 한다.
컨셉 단계에서 이러한 디자인 측면을 확인하면 OEM은 기성품 디자인으로 목표를 달성할 수 있는지 또는 맞춤화가 필요한지 여 부를 알 수 있다. 이 결정의 결과는 프로젝트의 전체 시간과 비용에 큰 영향을 미친다.
타당성 단계 이전에 모션 시스템의 설계를 확인해라
타당성 단계는 프로젝트 설계에서 가장 긴 기간인 경우가 많다. 그러나 이 단계에서 모션 시스템의 폼 팩터와 성능 요구 사항은 OEM이 이전 단계에서 이미 적절한 결정을 내린 이상 크게 변경 되지 않아야 한다. 대신 모션 시스템 엔지니어는 타당성 단계를 통해 모션 솔루션을 미세 조정하여 시스템의 성능과 효율성을 최적화해야 한다.
모션 시스템 설계가 초기 단계에서 확정되지 않은 경우, 모터, 동력 전달, 피드백 및 제어 장치의 크기나 유형과 관련된 결정을 지금 내린다면 상당한 장비 및 통합 재작업이 필요할 수 있다. 이러한 결과는 필연적으로 프로젝트 개발에 불필요한 시간과 비용을 추가하게 된다.
모션 시스템 전문가를 초기 단계부터 참여시키면 전체 개발 프로세스를 간소화하여 출시 기간을 단축하고 엔지니어링 비용을 절감할 수 있다. 가장 중요한 것은 처음부터 모션 엔지니어와 협력하는 것이 장비 성능을 최적화하고 설계 목표를 달성하는 가장 효과적인 접근 방식이라는 점이다.
▲ OEM 개발 초기 단계부터 전문팀을 참여시키면 프로세스를 간소화하여 시장 출시 기간을 단축하고 엔지니어링 비용을 절감할 수 있다.
자료제공: Portescap(www.portescap.com)
