Beckhoff 드라이브 기술 포트폴리오에 또 다른 혁신적 제품 시리즈, 새로운 AL8000 리니어 모터가 추가됐다. 50, 80, 130 mm 세 가지 폭의 모듈형 설계를 이용하여 최신 기계공학의 리니어 모션 어플리케이션에 적합한 새로운 솔루션을 구현할 수 있게 됐다.
최적화된 제품 설계와 모듈형 코일 개념의 새로운 시리즈, AL8000 리니어 모터는 콤팩트한 설치 공간에서 가장 높은 동력을 달성한다. © Beckhoff Automation
AL8000과 같은 리니어 모터는 동력을 부하에 직접 전달할 수 있어, 이를 다이렉트 드라이브라고도 한다. 즉, 다른 방법에서는 설계 시 고려해야 하는 추가적인 기계식 변속 장치는 필요 없어진다. 이는 랙과 피니언, 스핀들과 톱니형 벨트 드라이브 등과 같은 기존 메커니즘보다 매우 뛰어난 장점이라 할 수 있다.
리니어 드라이브 기술 - 장점 및 요건
리니어 모터 동력의 직접 전달로 모터와 부하 간에 백래시 없는 구성이 실현 가능하여 고정밀 어플리케이션에 적합하다. 따라서 리니어 모터는 마모가 되지 않는 방식이며, 정기적인 유지보수도 필요하지 않다. 리니어 모터는 직접 작동 원리를 통해 속도 제한 부품이 필요 없으므로, 속도 및 역학에 대한 요구가 까다로운 여러 개의 어플리케이션도 어떠한 문제도 없이 최대 정밀도로 동시 지원이 가능하다.
리니어 모터 사용으로 백래시에 취약한 기계식 변속 장치는 필요 없지만, 적절한 치수의 가이드 레일과 베어링 등 다른 구조 구성 요소들은 필요하다. 또한 코일 부분 및 기타 기계 부품을 장착을 위한 기계별 캐리지도 필요하다. 이러한 구조 구성요소은 리니어 모터를 기반으로 리니어 축을 완성하기 위해 꼭 필요하며 흔히 설계를 어렵게 만드는 요인이기도 하다.
특히 초소형 AL8000 설계는 동일하고 공간 사용이 최적화된 코일 세그먼트의 시리즈를 연결하여 만들어진다. © Beckhoff Automation
대칭성 및 모듈성을 통한 단순화
기계만의 특별한 요구사항이 있을지라도, 설계자가 유연한 작업이 가능하도록 AL8000 리니어 모터 개발은 대칭 설계에 초점을 맞추었다. 다시 말해, 가장 단순하고 가장 균일한 기계 설계의 실현에 집중했다. 주된 접근법은 AL8000의 모듈형 코일 개념이다. 이 개념의 목표는 코일 부분의 부착과 관련하여 기계별 캐리지의 설계를 쉽게 만들고, 각종 기계 유형이나 코일 부분에 대한 공통의 기준을 확립하는 것이다.
모듈형 개념 실현을 위해, 전체 코일 부분은 독일 Beckhoff의 개별 동일 세그먼트에서 최종 생산 단계에서 조립된다. 이러한 세그먼트는 코일 부분의 가장 작은 모듈 단위이며 모터 와인딩 3개로 구성된다. 그러므로 시리즈에서 가장 짧은 리니어 모터는 세그먼트 1개 또는 모터 와인딩 3개로 구성된다. 동력 요건에 따라 리니어 모터에 최대 15개의 세그먼트를 조립할 수 있으므로, 최대 동력은 소형 설계에서 최대 6,750 N에 이른다. 그러므로 코일 부분은 언제나 이 최소 모듈 단위의 배수로 구성된다. 따라서 리니어 모터 시리즈는 체계적이고 대칭적으로 확장되므로 다음과 같은 구성상의 장점들이 있다.
– 동일하고 공간 사용이 최적화된 세그먼트들을 연결하여 코일 부분의 초소형 설계를 실현한다. AL8000의 정의된 폭과 설치 높이는 최단 하우징의 최대 동력 요건을 충족하므로 매우 높은 동력 밀도를 달성한다. 새로운 리니어 모터는 이러한 높은 동력 밀도에 최적화되어 있으므로, 이 효과는 동력 요구가 증가할수록 더 명확하게 발휘된다. 따라서 코일 부분은 극히 짧아, 이동 경로와 전체 기계를 더 짧게 설계하고, 설치 면적을 최소화할 수 있다.
– 모듈형 코일 개념을 적용하면 정확히 대칭인 구조의 코일 부분도 만들 수 있다. 즉, 항상 같은 스테이터 세그먼트를 사용하기 때문에 한 가지 폭의 코일 부분은 언제나 같은 드릴링 패턴 그리드를 가진다. 그러므로 코일 부분의 길이와 상관없이 해당 거리는 드릴링 패턴의 세로 행, 가로 행 모두 동일하다. 이러한 특징을 이용하면 기계 제조업체는 기계 캐리지에 균일한 드릴링 패턴을 사용할 수 있으며 구조를 변경할 필요 없이 한 가지 폭 내에서 더 길거나 더 짧은 AL8000을 유연하게 사용 가능하다. 또한 모든 폭에 대응 가능한 130 mm의 가장 긴 모터용 기계 캐리지를 제조하고, 같은 폭의 더 짧은 버전과 함께 더 짧은 폭의 AL804x(80 mm) 코일 부분을 각각 설치할 수도 있다. 그러나 대칭적으로 균일한 구조가 구성상 장점만 제공하는 것은 아니다. 즉, 전체 코일 부분에 적용할 수 있는 동력 생성 및 동일한 열 분포도 실현되므로 최적의 기계 작동을 가능하게 한다.
– 코일 부분뿐만 아니라 마그네틱 플레이트도 한 가지 폭 그룹에서 균일한 드릴링 패턴을 갖기 때문에 한 가지 폭 내에서 서로 다른 길이의 마그네틱 플레이트를 유연하게 사용할 수 있다.
균일한 드릴링 패턴 덕분에 기계 캐리지를 기계적으로 변경하지 않고도 다양한 리니어 모터 설계를 사용할 수 있다. © Beckhoff Automation
전체 리니어 축을 고려한다면, 리니어 모터와 기계 부품뿐만 아니라 케이블 및 관련 드래그 체인도 필요하다. 이 점에서도 AL8000 리니어 모터는 전원공급장치를 열 보호 접점과 결합하여 기계 제조업체에 대해 장점을 제공한다. 케이블 2개를 병합하기 때문에 다른 방법이라면 리니어 모터에서 기계를 통해 컨트롤 캐비닛까지 설치해야 할 케이블 1개가 필요 없게 된다. 이렇게 되면 재료비를 크게 절약할 수 있을 뿐만 아니라 설치에 필요한 요구사항들이 줄어들며, 드래그 체인의 공간도 최소화된다.
광범위한 어플리케이션에 적용 가능한 새로운 개념
매우 역동적인 새로운 AL8000 시리즈는 기계 제조업체에 최대의 유연성을 제공하는 초소형 설계의 리니어 모터이다. 이 시리즈를 사용하면 기계 설치에 필요한 공간이 감소하며, 비용 절감도 기대할 수 있다. 현재 AL8000 제품 포트폴리오는 3가지의 다양한 폭으로 나누어진 28종의 코일 부분으로 구성된다.
이처럼 광범위한 구성은 거의 모든 동력 및 속도 요건을 충족하므로 거의 모든 리니어 어플리케이션에 적합한 드라이브 솔루션이 될 수 있다. 특히 표준 포트폴리오를 벗어난 특정 고객의 요구사항도 유연하게 해결이 가능하다. 이 경우 모든 리니어 모터를 모듈형 코일 개념 내에서 설계할 수 있다.
작성자, Angela Vogt, 드라이브 제품 기술 매니저, Beckhoff Automation
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