서보모터 용량 계산

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서보모터 용량 계산 완벽 가이드 📊

서보모터를 선정할 때 가장 중요한 것은 정확한 용량 계산입니다. 잘못된 용량 선정은 시스템 효율 저하, 과열, 심지어 고장으로 이어질 수 있습니다. 이 글에서는 서보모터 용량 계산 방법과 주요 고려사항에 대해 알아보겠습니다.

서보모터란? 🤔

서보모터는 자체적으로 속도 및 위치를 정밀하게 조절할 수 있는 장치입니다. 정방향과 역방향 모두 구동이 가능하며, 자동화 시스템에서 정밀한 제어가 필요한 부분에 널리 사용됩니다.

용량 계산의 기본 요소 ⚙️

관성 모멘트 이해하기

관성 모멘트는 서보모터 선정에서 가장 중요한 요소 중 하나입니다. 관성은 운동을 정지시키기 위해 필요한 계의 저항을 의미합니다.

회전체의 관성 모멘트(J)는 다음 공식으로 계산됩니다:

• J = 1/2 × m × r² = 1/8 × m × d²
  (m: 회전체의 질량, r: 회전반경, d: 회전직경)

관성비의 중요성 💡

관성비는 부하 관성 모멘트를 모터 관성 모멘트로 나눈 값입니다. 대부분의 경우 이 비율이 10 미만이어야 하며, 고속과 고정밀이 필요한 시스템에서는 1~3 사이를 권장합니다.

 

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관성비 = 부하 관성 모멘트(JL) / 모터 관성 모멘트(JM)

부하 관성이 너무 크면 모터 제어가 어려워지고 시스템 응답성이 저하됩니다.

서보모터 용량 계산 과정 🧮

1. 기본 운전 조건 설정 📝

• 모터의 종류 (AC 서보모터 등)
• 부하의 종류와 이동 방향
• 모터와 부하축 연결 방식
• 평균 운전 시간
• 모터 최대 회전수
• 감정격률 및 사용계수

2. 부하 조건 설정 🔄

• 테이블의 최대 속도 (mm/s)
• 1펄스당 이동량 (mm/p)
• 감속비 또는 나사의 리드 계산
• 인코더 선정
• 전동요소 선정
• 워크 테이블의 중량
• 전동 효율
• 가이드부 마찰계수

3. 부하 계산 🧰

모터축 환산 총부하 GD² 계산

 

GD = GB + GW + GO + GR

여기서:

• GB: 이송나사의 모터축 환산 GD²
• GW: 워크 테이블의 모터축 환산 GD²
• GO: 전동계의 모터축 환산 GD²
• GR: 감속기의 모터축 환산 GD²

소요 토크 계산 ⚡

1. 소요 최대 가속 토크(TA):(GM: 모터의 GD², T5: 가속시간, ER: 전동 효율)
2.  
   TA = (GD + GM) × N0 / (3.75 × T5 × ER
3. 소요 최대 시동 토크(TN):(TF: 부하의 마찰 토크)
4.  
   TN = TA + TF

4. 서보모터 선정 ✅

계산된 결과를 바탕으로 다음 조건을 만족하는 서보모터를 선택합니다:

• 정격 토크가 TE 이상
• 최대 토크가 TM 이상
• 속도 요구사항 충족
• 관성비가 적절한 범위 내

실제 계산 예시: 볼스크류 시스템 🔢

기본 조건

• AC 서보모터 사용
• 나사 이송방식, 수평 이동
• 모터와 부하축 직결 방식
• 평균 운전 시간: 1초
• 모터 최대 회전수: 3000rpm

부하 조건

• 테이블 최대 속도: 500mm/s
• 1펄스당 이동량: 0.01mm/p
• 나사 리드(L): 10mm
• 인코더 펄스수: 1000p/r
• 워크 테이블 중량: 190kg
• 가이드부 마찰계수: 0.01

kW 단위 전력 계산 💪

서보모터의 kW 단위 전력은 다음 공식으로 계산할 수 있습니다:

 

Pn = (Mn × Nn) / 9550

여기서:

• Pn: 전력(kW)
• Mn: 정격 토크(Nm)
• Nn: 정격 속도(rpm)
• 9550: 변환 상수

예를 들어, 정격 토크가 4.8Nm이고 정격 속도가 6000rpm인 모터의 경우:

 

 

Pn = (4.8 × 6000) / 9550 = 3.02kW

서보모터 선정 시 고려사항 🤓

1. 피크 토크: 모터가 짧은 시간 동안 제공할 수 있는 최대 토크입니다.
2. RMS 토크: 작업 사이클 동안의 평균 토크로, 모터의 연속 운전 능력을 나타냅니다.
3. 관성비: 부하 관성과 모터 관성의 비율입니다.
4. 속도: 모터가 부하를 이동시키는 데 필요한 최대 속도입니다.

최적의 감속비 검토 🔍

최적 감속비(RP)는 모터 소요의 시동 토크를 최소화하기 위해 계산합니다:

 

 

RP = 1 / ((250 × GD × AW / GA / RT / RT + TF / RT) × GA / (2.5 × GM × AW × ER))^(1/2)

총감속비(RT)와 최적 감속비(RP)의 비율이 0.7~0.8 이하면 감속비를 크게 하는 것이 좋고, 1.2~1.3 이상이면 모터 사이즈를 줄일 수 있는지 검토합니다.

결론 🎯

서보모터 용량 계산은 정확한 시스템 설계를 위한 필수 과정입니다. 관성비, 소요 토크, 속도 등 여러 요소를 종합적으로 고려해야 합니다. 정확한 계산을 통해 시스템 효율을 극대화하고 불필요한 비용을 줄일 수 있습니다.

전문적인 용량 선정 소프트웨어를 활용하면 더욱 정확한 계산이 가능합니다. 미쓰비시 전기의 'Motorizer'와 같은 소프트웨어는 기계 구성, 사양, 동작 패턴을 입력하여 적합한 모터를 선정할 수 있도록 도와줍니다.

최적의 서보모터 선정으로 고효율, 고정밀 자동화 시스템을 구축하세요! 😊

추천 계산 툴 🛠️

• 미쓰비시 전기의 '용량 선정 Motorizer'
• 제조사 제공 계산 시트
• 온라인 서보모터 계산기

이 도구들을 활용하면 더욱 정확하게 서보모터 용량을 계산할 수 있습니다!