Beckhoff는 로터리 서보 모터 개발에 대한 풍부한 전문지식을 가지고 크게 성장 중인 자회사 Pertig Motors와 협력하여 드라이브 기술분야에서 혁신적인 제품이라고 할 수 있는 차세대 고성능 모듈식 리니어 모터를 출시했다.
새로운 AL8000 제품군은 리니어 모터와 마그네틱 플레이트로 구성된 모듈식 시스템 설계를 기반으로 한다. 사용자는 다음 세가지 폭을 선택할 수 있다: 50 mm(AL8x2x), 80 mm(AL8x4x), 130 mm(AL8x6x). 각 제품은 전체 길이, 권선타입 및 냉각타입의 측면에서 다양한 리니어 모터 타입을 제공한다. 따라서 표준제품 포트폴리오에는 특정 애플리케이션의 요구사항에 맞게 매우 동적이고 강력한 선형축을 구현하기 위한 28가지 리니어 모터 타입이 포함된다. 리니어 모터의 크기에 따라 최대 12 m/s의 최대 속도와 120~6750 N의 최대 힘을 낼 수 있다.
기존 AM8000 로터리 서보 모터와 마찬가지로 AL8000 계열의 리니어 모터 또한 독일에서 일괄적으로 개발 및 제조되고 있다. 따라서 리니어 모터 기술로 고가용성과 공급망 단축을 보장할 수 있을 뿐만 아니라 높은 수준의 생산 품질을 지속적으로 제공함으로써 내구성과 신뢰성이 높은 애플리케이션을 구현할 수 있다. 그밖의 장점으로는 고객 요구사항을 신속하고 유연하게 충족시킬 수 있는 우수한 서비스와 지원 등이 있다.
AL8000 리니어 모터는 맞춤형 권선타입과 일치하는 2차 부품으로 구성된다.
<사진: Beckhoff Automation>
모듈식 코일 설계
모듈식 시스템 원리에 따라 전체 코일 부분은 동일한 개별 세그먼트로 구성된다. 이 구조는 특히 생산 측면에서 유리하다. 고객이 어떤 리니어 모터를 주문하느냐에 따라 생산 공정을 관련 세그먼트 수에 빠르고, 쉽게 적응시킬 수 있기 때문이다. 이는 배송시간 단축뿐만 아니라 고객의 요구사항을 충족시킬 수 있다는 점에서 긍정적이라고 할 수 있다. 따라서 사용자가 표준제품 포트폴리오에서 원하는 것을 찾지 못하면 별도의 큰 비용과 노력없이 맞춤형 모터도 개발, 생산할 수 있다. 개별 애플리케이션 요건 충족을 위해 코일의 개수를 최소 3개부터 최대 45개까지 구현할 수 있다.
모듈식 코일 설계의 또 다른 장점은 정밀하게 대칭되는 리니어 모터 구조이다. 전체 AL8000 시리즈에서 리니어 모터의 마운팅 구멍 사이에는 균일한 간격이 있다. 이를 통해 기계 제조업체가 기계 슬라이드를 쉽게 제작할 수 있으며 동일한 폭의 다른 리니어 모터와의 나사 장착 호환성을 자동으로 보장할 수 있다. 또한 대칭 구조는 모터 내부의 일관된 힘과 온도 분포를 보장하기 때문에 Hot-spot이 생기는 것을 방지할 수 있다.
최적화된 제품 디자인과 모듈식 코일 개념으로 인해 새로운 AL8000 시리즈 리니어 모터는 최소의 마운팅 공간으로 최대힘을 달성한다.
<사진: Beckhoff Automation>
AL8000의 또 다른 특수 기능은 연결기술과 관련된다. 리니어 모터는 고정 케이블 길이와 결합된 케이블을 특징으로 한다. 이 결합 케이블은 전원공급장치와 온도센서를 모 두포함하고 있다. 송전(power transmission)은 열보호 장치와 결합되기 때문에 리니어 모터에 직접 또는 제어 캐비닛에 이르는 드래그 체인에 열보호 케이블이 필요하지 않다. 때문에 재료비와 잠재적 오류 발생 가능성 및 설치 비용을 줄일 수 있다.
AL8000 리니어 모터 시리즈는 AM8000 동기식 로터리 서보 모터와 동일한 케이블과 커넥터 플러그를 사용한다. 즉, 두 제품 시리즈에 동일한 표준 모터 케이블이 사용된다. 이를 통해 물류작업을 단순화할 수 있으며, Beckhoff의 로터리 서보 모터와 리니어 서보 모터를 기계에 장착해야 하는 경우 기계 제조업체의 주문 절차를 단순화할 수 있다. 리니어 모터 케이블은 일치하는 커넥터 또는 자유코어가 있는 개방형 케이블 엔드 중 하나를 선택해 사전 조립할 수 있다.
'Made in Germany'의 가치가 담긴 모든 리니어 모터는 특수 제작된 테스트 벤치를 이용한 종합적인 테스트가 포함된다.
<사진: Beckhoff Automation>
모션 시스템에 완전 통합
AL8000 리니어 모터는 Beckhoff 드라이브 기술에 완벽하게 통합되어 있으며 다른 시스템 구성요소와 함께 사용하도록 최적화 되어 있다. 또한 이 시리즈는 AX5000 디지털 콤팩트 서보 드라이브와 AX8000 멀티축 서보 시스템의 기술적 사양에 따라 적용되며, 이는 각 애플리케이션에 이상적인 드라이브시스템이 설계될 수 있음을 의미한다.
AL8000 리니어 모터의 설계와 커미셔닝은 모두 직관적이고 사용이 간편한 표준 TwinCAT 3 소프트웨어를 사용한다. 이 소프트웨어로 TC3 Motion Designer(TE5910)를 사용하여 드라이브 시스템을 설계할 때, 애플리케이션 산출 및 드라이브 구성품(모터, 서보 드라이브 및 기타 부속품)의 치수 조정을 간소화할 수 있다. 사용자는 자신의 필요에 따라 전체 기계의 로터리 드라이브와 리니어 드라이브 기술을 확장할 수 있다. 이점에서 사용자가 숙지해야 할 사항은 이동할 부하와 필요한 동력의 세부 정보이다. 그런 다음 이 데이터를 사용해 전체 부하 프로필을 생성하고, 애플리케이션에 가장 적합한 모터를 독립적으로 선택하거나 TC3 Motion Designer의 최적화 기능을 사용해 표시할 수 있다. 사용자는 또한 기술 데이터시트, 치수 도면 및 모터 특성에 직접 접근할 수 있다.
설계가 완료되면 시스템은 검증된 TC3 Drive Manager 2(TE5950) 엔지니어링 소프트웨어를 사용하여 커미셔닝 된다. 이 도구는 AL8000을 완벽하게 지원하며 커미셔닝을 통해 사용자에게 체계적인 가이드를 제공한다. 또한 최적화 작업을 위해 작동 중 드라이브 매개변수를 표시, 조정할 수 있으며 이 매개변수가 드라이브 반응에 미치는 영향을 검사할 수 있다.
TwinCAT 3 Motion Designer는 관련 시스템 매개변수를 모두 고려하며, AX8000 및 AX5000 서보 드라이브와의 조합을 통해 최적의 맞춤형 드라이브를 설계한다.
<사진: Beckhoff Automation>
Angela Vogt, Beckhoff Automation 드라이브 기술제품 관리자
리니어 모터의 장점
다양한 시스템을 사용해 기계 내에서 화물을 운반할 수 있다. 랙크앤피니언, 스핀들 또는 톱니형 벨트 드라이브와 같은 기존 드라이브 시스템 또는 리니어 모터 시스템을 사용할 수 있다. 각각의 시스템은 애플리케이션 요구사항에 따라 다른 이점을 제공한다. 비용과는 별도로 최적의 솔루션을 선택할 때의 핵심 요소에는 이동할 질량, 이동 경로의 길이, 위치 정확도 및 필요한 동력 요건이 포함된다.
기존의 드라이브 메커니즘은 로터리 모터로 구동되며 일반적으로 포지셔닝을 위해 엔코더를 사용한다. 그러나 회전운동에서 변환운동으로 기계적 변환을 할 경우 항상 백래시에 의존하기 때문에 위치 정확도가 저하된다. 따라서 정확한 포지셔닝을 위해서는 부하에 직접 두 번째 외부 엔코더 시스템이 필요하며 그에 따른 추가 비용이 발생된다. 또한 기존의 드라이브 메커니즘을 사용하기 위해서는 질량 관성비를 조정하기 위한 기어 유닛이 필요한 경우가 많으며 마찬가지로 추가 비용이 발생한다. 따라서 기존의 드라이브 메커니즘을 사용할 경우, 정기적인 유지보수로 인한 비용까지도 함께 고려해야 한다. 이와는 별개로 드라이브 시스템을 다음과 같이 분류할 수 있다(표 참조).
톱니형 벨트 드라이브는 속도면에서 높은 동력을 전달할 수 있으며 가격이 합리적이다. 그러나 톱니형 벨트의 탄력성 때문에 전달되는 힘, 정밀도, 제어 정확도가 제한된다.
랙크앤피니언 드라이브 시스템은 긴 이동 경로, 높은 동력과 힘 전달을 커버할 수 있다. 달성 가능한 정확도도 마찬가지로 랙크과피니언 사이의 백래시에 의해 제한된다.
반면, 스핀들 시스템은 높은 위치 정확도와 시스템 변환으로 인해 매우 높은 전송력을 얻는다. 달성 가능한 속도 측면에서 이동 경로와 동력은 이 경우 제한 매개변수다. 따라서 리니어 모터 시스템은 동력 및 포지셔닝 정밀도와 관련해 매우 엄격한 요건을 충족해야 할 때 특히 유리하다. 회전운동에서 변환운동으로의 기계적 전환이 없기 때문에 부하와 모터의 연결에 대한 백래시 현상은 없다. 따라서 위치센서를 백래시가 없고, 동적이며, 정밀한 위치제어가 가능하도록 모터에 직접 연결할 수도 있다. 정확도가 높은 위치 피드백과 함께 리니어 모터의 직접 변환운동은 고정밀 기계의 달성을 위한 기본 전제조건이다.
