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"난 바로 연결한다" … 다이렉트 드라이브 FAQ
"난 바로 연결한다" … 다이렉트 드라이브 FAQ
  • 오현식 기자
  • 승인 2018.10.04 10:25
  • 댓글 0
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다이렉트 드라이브 기술Direct Drive Technology, 즉 직접 구동에 대한 관심이 높아지고 있다. 모션 컨트롤 분야의 글로벌 기업인 하이덴하인의 도움으로 다이렉트 드라이브 기술을 풀어본다. 

Q. 왜 다이렉트 드라이브 솔루션을 채택해야 하는가?
A. 엔지니어에게 직접 구동을 유도하는 두 가지 주요 특성은 장기적인 신뢰성과 힘 / 토크 밀도이다. 모터의 힘이 물리적 접촉이 없는 메커니즘에 직접 적용된다는 것이 다이렉트 드라이브의 핵심 원리인데, 마모되는 부품이 없다면 시스템은 처음 구축할 때와 마찬가지로 몇 년 후에도 제대로 작동하게 되며, 가동 중지 시간도 최소화된다.
설치 면적당 얻을 수 있는 전력량도 다른 모든 힘 전달 방법보다 훨씬 더 크다. 따라서 성능을 포기하지 않고 시간의 흐름에도 품질을 유지하면서 기계의 공간을 절약할 수 있다.

Q. 다이렉트 드라이브 기술의 핵심 작동 원리는 무엇인가?
A. 본질적으로 다이렉트 드라이브 기술은 전자기학에 기반을 두고 있다. 전류가 코일을 통해 움직이면 자기장이 생성되는데, 전류의 방향을 전환하면 극성이 바뀌고 전류의 양을 조절하면 자기 힘의 강도가 바뀐다. 기하급수적으로 자력을 증가시키려면 철과 같이 전도성이 높은 재료를 코일 안에 넣으면 된다.

이 필드가 영구 자석열과 같은 자성 재료와 상호 작용할 때마다 전류는 강도와 극성의 측면에서 조정되어 두 부분 모두에 밀기/당기기 힘을 생성한다. 이 결과로 생기는 힘은 물리적 인 접촉을하지 않고 물체를 움직일 수 있으며, 이를 통해 장기적인 신뢰성을 확보할 수 있다. 이 힘은 평평한 자석 트랙을 사용할 때 직선 운동을 생성하고 자석 링을 사용할 때 회전 운동을 생성한다.

Q. 다이렉트 드라이브 기술을 사용할 때 고려해야 할 한계는 무엇일까?
A. 대부분의 경우, 모터의 성능은 과열없이 출력 가능한 힘과 토크에 따라 결정된다. 제어가 잘 될수록 특정 모터에서 더 많은 성능을 얻을 수 있다. 모터가 상시작동할 수 있는 평균 수치가 바로 모터의 연속값인데, 이 값은 모터가 열을 방출할 수있는 방법에 따라 크게 달라질 수 있다. 히트 싱크 또는 수냉 방식을 사용하면 성능을 크게 향상시킬 수 있다. 

정확한 값을 얻으려면 시행 착오가 필요하다. 모터 성능을 적절하게 최적화하고 안정된 온도를 얻으려면 데이터 시트에 제시된 지침에 유의해야 한다. 또 모터는 최대값에 도달할 때까지 연속값보다 더 높은 성능을 발휘할 수 있지만, 과열로 모터가 탈 수 있기에 물리적으로 너무 높은 성능을 요구해서는 안 된다. 서로 다른 값들이 나타내는 것을 이해하고, 온도 센서를 적절하게 모니터링하면 모터를 최대한 활용할 수 있을 것이다.

Q. 다이렉트 드라이브 방식에서 토크 모터와 서보 모터의 차이점은?
A. 자석이 구리 코일을 지나갈 때, 코일 내부에 전류가 생성되고 역기전력back-EMF : back-electromotive force 전압이 생성된다. 이를 상쇄하기 위해 컨트롤러는 더 많은 전류를 입력한다. 따라서 모터 속도가 빠를수록 모터 데이터 시트의 속도 그래프에서 볼 수 있듯 저속에서 작동할 때보다 비슷한 힘 값에 도달하는 것이 더 어려워진다. 이 범위는 자석과 코일 사이의 표면적에 달라지며, 모터의 전체 코일(또는 극)이 많을수록 역기전력이 커진다.

이는 리니어 모터에도 적용되지만, 로터리 토크 모터와 서보 모터의 주요 차이점으로 나타난다. 서보는 더 낮은 폴링 카운트로 더 높은 속도와 낮은 토크를 위해, 토크 모터는 극성을 극대화해 토크를 최대화하는 데 초점을 맞춘다. 이것이 모터의 속도에 영향을 미치는 유일한 특성은 아니지만 가장 큰 영향을 미친다.

Q. 모터가 드라이브에서 제대로 작동하는지 어떻게 알 수 있는가?
A. 다이렉트 드라이브 모터의 표준은 한 번에 자석에 작용하는 (위상이라고 하는) 코일의 극성이 세 가지이다. 이러한 3상 동기 모터는 전류를 위해 3개의 와이어가 통합되어 있으며, 모터로 들어가는 전류의 양이 유일한 상호 작용이다. 드라이브가 공급하는 전류가 모터를 최대 전력으로 작동하기에 충분하고 (데이터 시트에서 항상 찾을 수 있는) 3상 동기 모터를 구동할 수 있다면, 호환이 가능하다.

Q. 다이렉트 드라이브 기술에 가장 적합한 애플리케이션은?
A. 모터는 단순히 전자기를 모션으로 변환하고 다양한 크기와 전력 레벨을 제공하는 방법일 뿐이다. 따라서 다이렉트 드라이브 모터의 적용 여부는 이 기술의 이점을 제대로 활용할 수 있는가에 달려 있다. 

어떤 경우에는 낮은 프로파일 내에서 높은 힘을 필요로 하고, 어떤 경우에는 더 중요한 정밀도가 요구된다. 예를 들어 공작 기계 산업에서는 큰 금속 블록을 높은 정밀도로 움직여야 우수한 절삭력을 얻을 수 있지만, 반도체 제조 또는 계측과 같은 소규모 작업에서 기계의 수명 기간 동안 정확한 성능을 유지하는 것만큼 중요하지는 않다. 응용 분야는 로터리 테이블처럼 표준이거나 항공기만큼이나 독특할 수 있다. 유일한 한계는 엔지니어의 상상력이다


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