모터 원리와 선정 방법, 리니어 모터 중심으로 종류, 원리, 토크 계산

모터 원리, 선정 방법 [리니어 모터를 중심으로] 

Motor 종류

모터

- 전기 에너지를 기계 에너지로 바꾸는 기계.

- 대부분이 회전운동을 하나 직선 운동을 하는 것도 있음. 

모터의 종류

• DC Motor
• AC Motor
• Stepping Motor
• 기타 

Motor 원리 종류 특징 제어

DC 모터

- 고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터이다.

DC 모터의 특징

- 기동 토크가 크다

- 인가전압에 대하여 회전특성이 직선적으로 비례한다

- 입력전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 출력 효율이 양호하다

- 가격이 저렴하다

[모터 원리, 선정] DC 모터의 구성

『AC Motor』

- 동기기형 ( Synchronous Type )

- 유도기형 ( Induction Type )

동기기형

- DC 모터와 반대로 자석이 회전자에 부착되어 있고, 전기자 권선은 고정자측에 감겨 있다.

- 회전자에 영구자석이 있는 형태로 구조가 복잡.

- 제어 시 회전자의 위치를 검출해야 함.

- BLDC (Brushless DC) 모터와 구조 동일함.

유동기형

- 고정자측에 프레임과 고정자 코어, 전지가 권선이 있고 회전자는 샤프트, 회전자 코어 그리고 코어의 외경에 도전체가 조립된 구조.

- 사용 전원 주파수에 의해서 속도가 정해짐.

- 구조가 견고하고 취급이 쉽다.

- 기동 토크가 작다.

[모터 원리, 선정] 유동기형의 구성

Stepping Motor

- 펄스에 의한 제어로 일정한 각도의 회전이 쉬운 모터이다.

- 디지털 신호로 제어하므로 컴퓨터로 사용하기에 쉽다.

- 특정 주파수에서 진동, 공진이 발생하기 쉽고 관성이 있는 부하에 약하다.

- 고속 운전 시 탈조 발생이 쉽다.

[모터 원리, 선정] 스테핑 모터의 구성

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리니어 모터(Linear Motor)

- 『볼스크류와 같은 직선 구동』을 위한 보조 기구부 없이 선형 운동을 하는 전자기적 모터 1.2 18세기 중반 섬유 공업에서 방적기의 북으로 개발 사용.

- 1946년 미국 웨스팅하우스에서 항공모함 비행기 이륙 보조 장치인 electropult로 개발한 이후 응용 확대

- 1950년대 영국의 Laithwaite교수에 의하여 체계적인 연구 시작됨

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리니어 모터 원리

- 작동 원리는 회전 모터와 기본적으로 같음

- 일반 회전형 모터를 축 방향으로 잘라서 펼쳐 놓은 형태이다.

[모터 원리, 선정] 리니어 모터의 원리

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☆ 리니어 모터(Linear Motor) 장점, 단점

리니어 모터의 장점

- 이송 거리의 무제한성 : 고정자 블록만 연결하면 모터의 이송 거리를 필요한 만큼 연장 가능

- 이송 속도 : 정밀 이송이 가능한 리니어 모터의 속도 범위는 1mm/sec~10m/sec이다.

- 가속도 : 모터의 추력과 관성의 비가 약 30:1로 매우 높아 모터 출력의 대부분이 부하를 이송하는 데 효과적으로 이용됨.

- 부드러운 움직임 : 기계적 접촉면이 없으므로 기존 직동 장치를 이용한 경우보다 부드럽게 움직임

유지보수	기계적 접촉이 없으므로 마모가 없다.
강성	리니어 모터의 자석 배열이나 코일 어셈블리는 일체형 구조로 매우 단단하며 탄성계수가 베어링이나 구조강의 수준임.  볼스크류, 랙 피니언, 커플링 등을 사용하는 경우보다 높은 강성을 가짐.
다중 슬라이드 장착	하나의 고정자 레일에 여러 개의 이동자 코일을 올려서 운전할 수 있다.

리니어 모터의 단점

- 고비용 : 다른 직동 장치를 이용하는 경우보다 비용이 많이 든다

- 공극 유지 : 가동부와 고정부 사이의 공극을 일정하게 유지하기 위한 지지구조가 필요하다.

- 낮은 효율 : 회전형 모터보다 구조적으로 단부가 존재하므로 end effect가 발생, 효율이 높지 않다.

- 발열

Motor 원리 종류 특징 제어

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Motor의 선정 방법

- 구동 기구 선정 : Ball screw, Belt Pulley 등 사용할 구동 기구 결정

- 요구 사양 확인 : 이송 속도 및 구동 시간, 위치 결정거리 및 경정 시간 등 구동 조건, 분해능, 사용 전압 등 확인.

- 부하 계산 : Motor 구동축에서의 부하 Torque 및 부하 관성 Moment 계산.

- Motor 기종 선택 : 요구 사양에 적합한 기종 선택.

- 선정 계산 : 선정된 Motor의 사양이 요구 사양에 만족하는지 확인.

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☆ Motor의 부하 계산

- 부하 Torque 계산

• Ball screw

[모터 원리, 선정] 모터 부하 계산 - Toque 계산

• 선정 예

예제

1. Ball screw 구동, 이송량 180mm, 위치 결정 시간 0.8sec
2. 가속 시간: 0.2sec, 초기 기동 속도 : 0Hz, 운전 속도 : 10,000Hz

[모터 원리, 선정] 부하 토크 계산

[모터 원리, 선정] 부하 토크 계산식

모터 원리, 선정 방법 [리니어 모터를 중심으로]