토크, 반경방향, 축방향 하중이 모터 선택에 미치는 영향

작성자: Valentin Raschke, 애플리케이션 엔지니어, Portescap | 2023년 8월 29일

고려해야 할 잠재적인 요소가 많기 때문에 특정 용도에 맞는 모터를 검색하고 선택하는 것은 종종 어려운 작업이 될 수 있습니다. 여기에는 애플리케이션에 필요한 전압, 최대 전류 및 직경, 속도, 효율성, 전력 등이 포함됩니다. 이러한 고려 사항과 다른 고유한 애플리케이션 요구 사항의 균형을 맞추면 이상적인 모터를 선택할 수 있으므로 처음부터 모션 솔루션과 설계 엔지니어링 팀 간의 협업 접근 방식이 중요합니다.

모터 선택 과정에서 도움을 받기 위해 소형 모터 공급업체에 처음 접근할 때 해결해야 할 초기 질문 중 하나는 애플리케이션의 특정 작동 지점이나 애플리케이션의 토크 및 속도입니다. 모터의 부하를 이해하면 필요한 모터 출력과 필요한 모터 액세서리를 정확히 찾아내는 데 도움이 됩니다. 다양한 유형의 부하가 모터의 수명과 신뢰성 또는 필요한 모터 설계에 상당한 영향을 미치기 때문에 모터가 애플리케이션에 어떻게 통합되는지 논의하는 것도 중요합니다.

일반적인 소형 모터 응용 분야에 존재하는 세 가지 유형의 하중인 토크 하중, 방사형 하중 및 축 하중을 살펴보겠습니다. 또한 이러한 부하가 모터 선택 프로세스에 중요한 이유도 강조하겠습니다.

토크는 모터가 작동하는 동안 발생하는 회전력의 양입니다. 모터의 목적은 일반적으로 전기 에너지(Pelec = 전압 x 전류)를 기계 에너지(Pmech = 토크 x 회전 속도)로 변환하는 것이므로 회전 모터의 거의 모든 응용 분야에는 토크 부하가 존재합니다.

대부분의 경우 단순히 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. 이는 모션 공급업체로부터 모터가 겪을 것으로 예상되는 정확한 모션 사이클을 제공하라는 요청을 받는 경우가 많다는 것을 의미합니다. 이를 통해 모터가 과열되기 전에 도달할 수 있는 최대 온도를 분석할 수 있습니다.

올바른 모터를 선택하려면 필요한 토크 값뿐만 아니라 전체 모션 사이클 및 듀티 사이클에 대한 토크/속도 프로필도 이해해야 합니다.

특정 응용 분야에서 모터 또는 기어박스는 부하를 구동하기 위해 특정 토크를 제공해야 할 뿐만 아니라 모터 샤프트에 방사형으로 작용하는 힘인 방사형 하중도 지원해야 합니다. 이에 대한 한 가지 예는 모터와 평행한 축을 구동하는 데 사용되는 벨트 드라이브입니다. 인장력은 모터 샤프트에 작용하는 방사형 하중으로 간주되어야 하며, 특히 벨트에 사전 응력이 가해진 경우에는 더욱 그렇습니다.

반경방향 부하는 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 볼 베어링보다 낮은 반경 방향 하중을 지원하고 수명도 더 짧습니다. 이는 저렴한 비용으로 상쇄됩니다. 모터의 총 비용에 따라 볼 베어링 대신 두 개의 슬리브 베어링을 사용하면 모터 비용을 크게 줄일 수 있습니다. 그러나 레이디얼 하중이 존재하는 벨트 구동기 및 다이어프램 펌프와 같은 응용 분야의 경우 모터 전면 베어링에 하나 이상의 볼 베어링을 사용하면 합리적인 수명을 보장하는 데 도움이 되므로 더 나은 선택입니다.

이와 대조적으로 브러시리스 DC 모터는 DC 또는 스테퍼 모터에 비해 훨씬 더 빠른 속도로 구동할 수 있으므로 일반적으로 두 개의 볼 베어링을 사용합니다. 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, 방사형 하중이 적용되는 위치에 따라 달라집니다. 대형 볼 ​​베어링이 있는 긴 모터는 일반적으로 짧은 모터보다 더 큰 반경 방향 부하를 지원합니다.