드라이브 시스템 - 분과통합적 접근에 의한 성공

드라이브 기술은 기계, 로봇 및 휴대용 장치의 성능에 대한 기본적인 구성 요소입니다. 하지만 단순히 디자인과 모터를 선택하는 것 이상으로 더 고려해야 할 것이 많이 있습니다. 분과통합적인 사고, 구체적인 공학 지식, 경험의 깊이 및 요구 사항에 대한 명확한 이해가 중요한 요소입니다.

어떤 종류든 기술적 진보는 애플리케이션에 초점을 두어야 할 것입니다. 개선된 성능 특성이나 새로운 기술은 어느 시점에 개선된 품질 및/또는 비용 절감이라는 결과를 나타내야 합니다. 기계 및 휴대용 장치에 사용되는 드라이브 기술의 경우, 이는 다음을 의미합니다:

• 역학 관계가 개선되면 생산량이 증대됩니다.
• 드라이브 제어가 빨라지면 정밀도 및 제품 품질이 향상됩니다.
• 드라이브 시스템의 효율이 높아지면 시스템 전체의 에너지 효율성이 개선됩니다.

이러한 목표를 달성하려면, 애플리케이션과 그 요구 사항을 전체적으로 고려하여 드라이브 시스템을 선택해야 합니다.

큰 그림

드라이브 시스템의 사양 및 최적화로 가는 첫 번째 단계는 기계나 로봇 또는 휴대용 장치일 수 있는 최종 시스템의 기술적 및 상업적 요구 사항을 이해하고 그 우선 순위를 올바로 규정하는 것입니다. 큰 그림을 놓치고 자신의 전문 분야과 관련된 사고에 편향적으로 집중하기 쉽습니다. 대개의 경우, 드라이브를 선택할 때 공학적 측면을 중요하게 생각합니다. 하지만 드라이브 솔루션의 성능과 비용 및 한계는 여러 요인과 시스템의 다른 구성 요소에 의해 영향을 받습니다. 그러므로 착상 및 개념화 단계 중 다른 분야의 전문가가 보유한 노하우를 이용하는 것이 중요합니다.

전문 지식의 풀

체계적 접근과 분과통합성은 성공의 핵심적인 두 요소로서, 컨셉트를 고안할 때부터 대량 생산을 실행할 때까지 항상 이 두 요소를 고려해야 합니다. 자체적으로 보유하고 있는 능력을 높은 수준에서 동일하게 다룰 수 없은 경우가 많습니다. 폭넓은 경험을 가지고 있는 외부 파트너는 광범위하고 분과통합적으로 아이디어를 교환할 기회를 제공합니다. 이상적으로, 그 파트너는 시스템의 어떤 부분을 개발하고 생산하는 데 책임을 질 수 있으며 개발 위험을 줄이고 시장 출시 속도를 높일 수 있습니다.

맥슨 = 드라이브 시스템 및 엔지니어링

50년 이상 경험을 축적하고 전 세계에 2800명 이상의 직원이 근무하고 있는 맥슨은 보유하고 있는 지식이 “순수한” 드라이브 모터 분야를 훨씬 넘어섰습니다. 자체적으로 개발 및 생산하는 맥슨의 제품 포트폴리오에는 브러시 DC 모터, 기어헤드, 스핀들, 엔코더, 모터 컨트롤러, 마스터 컨트롤러 및 배터리 관리 시스템이 포함되어 있습니다. 맥슨이 제조하는 구성 요소와 맞춤형 드라이브 시스템은 로봇 공학, 의료 및 실험실 엔지니어링, 산업용 자동화 시스템, 자동차 산업 및 지구에서 화성까지에 이르는 우주 애플리케이션에 사용됩니다. 많은 프로젝트를 수행할 때 그 핵심 요소는 광범위한 제품 포트폴리오 뿐만 아니라 맥슨의 애플리케이션 팀이 보유하고 있는 경험의 깊이와 분과통합성 및 완전히 새로운 드라이브 솔루션을 개방하는 능력입니다. 초기의 아이디어 논의 단계에서 맥슨의 모터, 기어헤드, 전자장치 및 제어 분야 전문가를 활용할 수 있으며, 이 전문가들은 어떤 특정 애플리케이션 분야의 요구 사항을 잘 알고 있습니다. 다양한 분야의 전문 지식을 보유하는 것이 왜 드라이브 시스템에 결정적으로 중요한 요소인지는 개별 구성 요소와 영향을 받는 요인을 살펴보면 잘 알 수 있습니다.

하향식 접근 방법: 마스터에 집중

마스터로 알려진 최고 수준의 “지능”은 모션 명령을 모터 컨트롤러에 전달하고 공정 정보(예: 토크, 속도, 위치 상태)를 조회합니다.

• 그러한 과제를 마스터와 모터 컨트롤러가 어떻게 공유하는가는 요구한 성능을 평가하고 마스터와 모터 컨트롤러 및 통신 인터페이스를 선택하는 데 중요한 요소입니다.
• 기계에서 빠른 주기적 데이터 교환(예: 밀리초마다)이 필요하면, 실시간 작동 시스템(예: PLC)와 빠른 인터페이스(예: CAN, EtherCAT)가 장착된 마스터가 필요합니다.
• 모터 컨트롤러에서 복합적인 모션 순서를 미리 구성할 수 있어 이를 자율적으로 실행할 수 있다면, PC(실험실의 자동 시스템에서 일반적으로 사용)나 마이크로컨트롤러(산업용 자동 시스템이나 의료 기술에서 사용되는 스크루 드라이버나 드릴과 같은 휴대용 장치에서 사용)를 사용하는 것으로 충분합니다.

맥슨: DC/BLDC 모터 및 위치제어 컨트롤러.

모터 컨트롤러에 집중

모터 컨트롤러는 최상위 마스터와 모터 및 피드백 장치(예: 엔코더) 사이의 링크입니다. 컨트롤러 및 전력단은 전류, 속도 및 위치 명령을 모터 위상 내의 전압 및 전류로 변환시키는 데 사용됩니다.

• 빠른 컨트롤러 주기와 복합적인 알고리즘으로 인해 드라이브의 모션이 정밀하고 역동적으로 이루어집니다.
• 최첨단 전력단은 빠른 가속에 필요한 피크 전류를 공급합니다. 이 장치의 에너지 효율성은 높습니다. 내장된 모터와 신호 필터는 전자기 적합성(EMC)과 잡음 내성을 향상시킵니다

엔코더에 집중

속도 및 위치 제어에는 모터 및/또는 출력축의 현재 위치에 대한 정보를 반송하기 위해 피드백 장치(소위 엔코더나 선형 스케일)가 필요합니다.

• 이러한 엔코더의 분해능과 위치가 위치 제어의 이론적 정밀도 한계를 결정합니다.

모터에 집중

모터는 전기 에너지를 기계 에너지로, 즉 모션 및 토크로 변환시킵니다.

• 과부하 용량이 큰 DC 또는 BLDC 모터는 단기 동적 가속 단계 동안 높은 토크를 이용할 수 있으므로 소형으로 설계할 수 있습니다.
• 회전자 관성이 작은 모터는 회전자 가속에 필요한 토크를 감소시키므로 에너지 효율성과 역동성이 증가합니다.
• 그러므로 모터의 효율성이 높아지면 전반적인 에너지 효율성이 개선되고 휴대용 장치에서 특히 중요한 요소인 열 발생이 감소합니다.

기어헤드에 집중

기어헤드와 기계적 어셈블리의 정밀도, 백래시, 탄성 및 효율성 ... 등이

• … 출력부 위치 제어 정밀도를 결정합니다.
• … 역동성 예를 들어, 목표 위치에 도달하여 안정화된 후의 시간에 영향을 끼칩니다.
• … 에너지 효율을 위한 역할을 합니다.

도전: 통합형

모든 구성 요소를 되도록 작게 제작한 하나의 유닛 내에 내장하기 위해서는 하중을 받을 때 상호 가열하는 열적 측면을 고려해야 합니다. 비용이 드는 재설계를 피하려면, 개념 검증 단계 중 조기에 전동 모터와 전자장치에 대한 작동점 계산과 열적 평가를 수행해야 합니다.

도전: 배터리 작동

배터리 구동 애플리케이션에는 에너지 효율성 최적화와 배터리 관리에서의 능력이 필요합니다.

맥슨의 도어 드라이브: 소형 유닛에 내장된 BLDC 모터, 기어헤드, 엔코더, 위치 제어 컨트롤러.

예시: 통합형 도어 드라이브 시스템

수십억의 사람들이 매일 승강기를 이용합니다. 승강기에는 메인 드라이브 외에 도어 위의 좁은 공간에 설치한 소형 도어 드라이브가 필요합니다. “스마트” 드라이브는 명령을 받아 버스 시스템을 통해 도어를 여닫습니다. 이 드라이브는 이러한 명령을 확실하게 수행하고 엄격한 안전 요구 사항을 충족시켜야 합니다.

맥슨은 선도적인 승강기 제조업체와 함께 중량이 최대 400kg까지인 도어를 움직일 수 있는 도어 드라이브를 개발하였습니다. 이 저소음의 에너지 효율적인 드라이브 시스템에는 엔코더가 장착된 맥슨의 고토크 EC 90 플랫 모터와 선택적으로 사용할 수 있는 벨트 변속기 및 EPOS 위치 제어 컨트롤러가 하나의 작은 유닛 내에 내장되어 있습니다. 데이터 교환은 CAN을 통해 실행됩니다. 고유한 제어 및 동력 모니터링 알고리즘에 의해 부드럽지만 동적인 도어 동작, 정밀한 위치 제어 및 압착 방지를 보증합니다.

맥슨은 고객과 협력하며 애플리케이션 및 안전 기술, 제조, 컨트롤러, 전자장치 개발, 열역학 및 소프트웨어 분야의 전문가가 보유하고 있는 분과통합적 지식을 한데 모아 이 시스템을 설계하고 개발하였습니다. 이러한 종류의 솔루션은 개별 구성 요소를 단순히 결합함으로써 구현할 수 있는 것이 아닙니다. 이러한 솔루션에는 어떤 특정 애플리케이션에 적합한 새 드라이브 솔루션을 설계할 수 있는 능력이 필요합니다. 맥슨은 드라이브 시스템, 컨트롤러 및 배터리 관리 분야에 이상적인 파트너입니다.

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