모터 선택에 대한 토크, 방사형 및 축방향 하중의 영향

발렌틴 라슈케 | 2023년 7월 7일

특정 용도에 맞는 모터를 선택하는 것은 어려운 작업일 수 있습니다. 특히 애플리케이션에 필요한 전압, 최대 전류 및 직경, 속도, 효율성, 전력 등 다양한 요소를 고려해야 합니다. 이러한 고려 사항과 다른 고유한 애플리케이션 요구 사항의 균형을 맞추면 이상적인 모터를 선택하는 데 도움이 됩니다. 모션 솔루션과 설계 엔지니어링 팀 간의 협업은 처음부터 매우 중요합니다.

소형 모터 선택에 대한 도움을 받기 위해 공급업체에 처음 접근할 때 다음과 같은 중요한 질문을 해결해야 합니다. 응용 분야의 특정 작동 지점 또는 필요한 토크와 속도는 무엇입니까? 모터의 부하를 이해하면 필요한 모터 출력과 필요한 액세서리를 정확히 찾아내는 데 도움이 됩니다. 모터가 애플리케이션에 어떻게 통합될 것인지 논의하는 것도 중요합니다. 다양한 유형의 부하가 필요한 모터 설계와 모터의 수명 및 신뢰성에 상당한 영향을 미칩니다.

토크, 반경방향 및 축방향 하중은 일반적인 소형 모터 응용 분야에 존재하는 다양한 유형의 하중입니다. 이는 모터 선택 과정에서 매우 중요합니다.

토크는 모터가 작동하는 동안 발생하는 회전력의 양입니다. (위의 그림 1을 참조하십시오.) 모터의 일반적인 목적은 전기 에너지(Pelec = 전압 x 전류)를 기계 에너지(Pmech = 토크 x 회전 속도)로 변환하는 것이므로 토크 부하는 회전 모터의 거의 모든 응용 분야에 존재합니다. .

일반적으로 필요한 토크 값 "x"를 기준으로 모터를 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 모터는 과열 없이 필요한 기계적 동력을 제공해야 하므로 애플리케이션에 필요한 토크(및 속도)를 전체 모션 사이클에 걸쳐 이해해야 합니다. 모션 공급업체는 종종 모터가 겪을 것으로 예상되는 정확한 모션 사이클을 제공하도록 요청할 것입니다. 이를 통해 모터가 과열되기 전에 도달할 수 있는 최대 온도를 분석할 수 있습니다. 이에 대한 예가 아래 그림 2에 나와 있습니다.

그림 2: 산업용 전동 공구에 사용되는 모터의 일반적인 동작 주기.

명심하십시오: 올바른 모터를 선택하려면 필요한 토크 값뿐만 아니라 전체 모션 사이클 및 해당 듀티 사이클에 대한 토크/속도 프로필을 이해해야 합니다.

그림 3: 벨트 드라이브의 예.

특정 응용 분야에서 모터 또는 기어박스는 부하를 구동하기 위해 특정 토크를 제공해야 할 뿐만 아니라 방사형 부하도 지원해야 합니다. 이는 모터 샤프트에 방사형으로 작용하는 힘입니다. 한 가지 예로는 모터와 평행한 축을 구동하는 데 사용되는 벨트 구동기(그림 3, 왼쪽)가 있습니다. 인장력은 모터 샤프트에 작용하는 방사형 하중으로 간주되어야 하며, 특히 벨트에 사전 응력이 가해진 경우에는 더욱 그렇습니다.

두 번째 예는 다이어프램 펌프입니다. 피스톤은 액체 또는 기타 물질의 흐름을 촉진하기 위해 밸브의 양압 또는 음압으로 위아래로 움직입니다. 모터 샤프트에 장착된 피스톤은 움직임을 생성하고 모터에 방사형 하중을 가합니다.

반경방향 하중은 베어링 옵션에 영향을 미치므로 모터 선택과 관련이 있습니다. 브러시 DC 또는 스테퍼 모터의 예에는 슬리브 베어링 또는 볼 베어링이라는 두 가지 표준 베어링 옵션이 있습니다. 슬리브 베어링은 일반적으로 더 낮은 방사형 하중을 지원하고 더 짧은 수명을 제공하지만 이러한 단점은 더 낮은 비용으로 상쇄됩니다. 모터의 총 비용에 따라 볼 베어링 대신 2개의 슬리브 베어링을 사용하면 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 벨트 구동 및 다이어프램 펌프와 같이 방사형 하중이 존재하는 응용 분야의 경우 모터 전면 베어링에 하나 이상의 볼 베어링을 사용하면 합리적인 수명을 보장하는 데 도움이 되므로 더 나은 선택입니다.

그림 4: 두 개의 볼 베어링을 사용하는 BLDC 모터의 방사형 부하.

이와 대조적으로 브러시리스 DC 모터는 일반적으로 두 개의 볼 베어링을 사용하며 DC 또는 스테퍼 모터보다 훨씬 빠른 속도로 구동할 수 있습니다. 모터 제조업체는 특정 속도에서 모터의 최소 수명을 달성할 수 있는 최대 방사형 동적 힘을 권장합니다. 최대 방사형 동적 힘은 사용된 베어링 크기, 모터의 두 볼 베어링 사이의 거리(그림 4: 거리 "B") 및 방사형 하중이 적용되는 위치(그림 4: 거리 "A")에 따라 달라집니다. ). 대형 볼 ​​베어링이 있는 긴 모터는 일반적으로 짧은 모터보다 더 큰 반경 방향 부하를 지원합니다(그림 4).