[헬로티]
스테핑 모터(STEPPING MOTOR)는 높은 정확성과 신뢰성을 갖추어야만 한다. 고정도를 요구하는 시스템은 일반적으로 배터리 백업시스템, Closed Loop 제어 등을 실시한다. 하지만 배터리 교체와 유지보수 등의 단점이 있어, 이를 해소하기 위해서는 배터리가 필요 없고 멀티 턴이 가능하며 반영구적인 절대치 엔코더가 필요하다. 오리엔탈모터는 이러한 시장의 요구에 대응하고자 ‘ABZO 센서’라는 무전원 배터리, 멀티 턴 앱솔루트 엔코더를 개발했다.
AZ 시리즈는 다축 드라이버를 갖추고 있다. 이는 DC 전원 입력의 모터는 물론 AZ 모터를 탑재한 전동 액추에이터로도 접속이 가능하다.
또한, 다축 드라이버 1대로 최대 4대의 모터를 제어할 수 있다. 공간 절약과 배선 감소 등을 통해 비용 절감에도 크게 기여한다.
한편, 전용 통신으로는 SSCNETⅢ/H, MECHATRO-LINKⅢ, EtherCAT 드라이브 프로파일(CiA402) 적용이 가능하다(그림 1, 2).
▲ 그림 1. AZ 시리즈 다축 드라이버
▲ 그림 2. 최대 4대의 모터가 제어 가능한 AZ 시리즈 다축 드라이버
▲ 표 1. AZ 시리즈 다축 드라이버 전용 통신 사양
ABZO 센서 탑재한 AZ 시리즈
최근 높은 생산성이 요구되는 설비에서는 주전원이 차단되어도 위치 정보가 유지된 상태로 생산의 흐름을 지속할 수 있는 시스템이 요구되고 있다.
오리엔탈모터도 서보 모터 및 Closed Loop 스테핑 모터 유닛인 알파스텝 등에 이 방법을 사용하고 있다. 주전원이 차단되었을 때 위치 정보가 유지되는 기간은 백업 배터리의 능력에 의존하게 된다.
만약 배터리가 방전되면 위치를 손실하게 되는데 배터리의 저장 능력은 완전 충전 상태에서 2주 정도가 한계로, 보통 배터리가 방전될 때까지 전원을 차단하지는 않는다. 하지만 장시간 전원 차단 또는 해외로의 수송 등의 상황에서는 복구 시 원점의 재조정이 필요하게 된다.
또한, 최근에는 배터리 운송 관련 규제가 엄격해져 배터리를 연결한 상태로 수송하는 것이 어렵게 되었다. 그리고 배터리의 수명은 3~4년 정도이기 때문에 정기적인 교환이 필요하며, 그때마다 원점의 재설정이 필요하다.
이러한 배터리 백업 방식의 문제점 때문에 배터리를 사용하지 않는 다회전 절대 엔코더가 요구되고 있다. GEAR 기구를 이용한 기계식 다회전 앱솔루트 센서가 고안된 배경이다.
하지만 기계식 센서는 구조가 복잡하고 부피가 크며 가격이 비싸다. 이러한 이유로 현재까지는 배터리를 사용해 백업하는 시스템이 일반적이다. 그래서 오리엔탈모터는 정밀 수지 부품의 채용과 소형화를 추구한 기구를 설계하고, 작고 저렴한 다회전 앱솔루트 센서 개발에 성공했다(특허 취득 완료). 이것이 바로 ‘ABZO(앱조) 센서’이다(그림 3).
▲ 그림 3. ABZO 센서 외관
ABZO 센서를 탑재한 AZ 시리즈는 알파스텝의 ‘TUNINGLESS’, ‘높은 효율’ 등의 특징을 계승하면서, ‘배터리 필요 없는 시스템’, ‘다회전 앱솔루트 시스템’을 실현한 모터다(그림 4).
▲ 그림 4. AZ 시리즈
ABZO 센서의 재료와 내구성
1. ABZO 센서 재료의 장점
ABZO 센서는 자석과 자기 센서로 구성된다. 구조적으로 자성체 이용 시 자속의 방향에 영향을 미치고 위치 검출이 어려워진다. 이러한 이유로 오리엔탈모터는 치차를 수지 재료로 제작했다. 수지 재료를 사용하면 아래와 같은 장점을 얻게 된다.
• 비자성 물체로 검출 정도에 영향을 주지 않는다.
• 자기 윤활성이 있다.
• 내마모성이 우수하다.
• 금속 재료보다 가벼워 모터 무게를 가볍게 한다.
• 기어 기구부의 관성모멘트를 적게 할 수 있다.
• ABZO 센서는 몸체를 소형화하기 위해 자기 센서를 회로기판 가까이 배치하는 구조로 되어 있다. 그러므로 도체 재료를 사용하면 마모 가루가 발생하여 전자 회로를 단락시킬 우려가 있다. 수지 재료는 이러한 염려가 없다.
2. ABZO 센서만의 높은 내구성
ABZO 센서는 치차 기구를 이용해서 다회전 위치 검출을 실현한다. 그리고 ABZO 센서 축차는 동력의 전달 목적이 아니라, 다회전 검출을 위해 이용된다. 따라서 거의 무부하 상태에서 구동된다.
재료는 자기 윤활성을 가지며, 내마모성이 뛰어난 수지와 수지전용 그리스를 활용해 높은 내구성을 갖추고 있다. 기어의 내마모성 관점에서 표 2와 같이 한 방향 연속 운전 시험을 통해 충분한 내구성이 있다는 것을 확인했다.
▲ 표 2. 한 방향 연속 운전 시험
AZ 시리즈의 특징
AZ 시리즈는 배터리가 필요 없는 다회전 앱솔루트 시스템을 실현하면서, Closed Loop 제어 시스템으로 구성된 스테핑 모터 유닛이다(그림 5).
▲ 그림 5. AZ 시리즈의 특징
1. 고속 원점 복귀 가능
ABZO 센서부에서 절대 좌표를 가지고 있어 원점 복귀 운전을 할 필요가 없다. 굳이 원점 복귀 운전을 할 경우에도 모터가 원점 위치를 알고 있기 때문에 외부 센서는 필요하지 않다.
일반적으로 외부 센서를 이용해 원점 복귀 운전을 할 경우, 저속으로 운전하고 경우에 따라 긴 시간이 소요된다. 또한, 원점 복귀 정확성을 향상시키기 위해 외부 센서와 Z상 신호의 병용(그림 6) 및 누름 운전 원점 복귀를 이용하는 등의 보완이 필요하다.
하지만 AZ 시리즈를 사용하는 경우, 속도 및 센서 정도를 걱정할 필요가 없다. 또한, 원점 복귀 시의 속도를 모터 구동 범위 내에서 자유롭게 설정할 수 있어, 정확한 고속 원점 복귀가 가능하다(그림 7).
▲ 그림 6. 일반적인 제어 모터의 원점 검출 ▲ 그림 7. AZ 시리즈의 원점 검출
2. 센서 부착 필요 없는 효율 추구
설비에 설치된 센서(리미트 센서 등)에는 광센서가 일반적으로 사용되는데, 광센서는 공기 중의 오일 미스트나 먼지 등으로 인해 고장 및 오동작이 발생하기도 한다.
AZ 시리즈를 이용하면 센서를 부착할 필요가 없어 센서 비용 절감과 센서로 인한 고장 및 오동작을 예방할 수 있다.
설비의 원점을 외부 센서에서 설정하는 경우, 목표 위치에 센서를 설치해야 한다. 하지만 설치 공간이 협소하거나 이동 거리가 짧아 센서를 부착하기 어려운 경우에도 AZ 시리즈는 ‘MEXE02(데이터 설정 소프트)’ 또는 ‘HOME PRESET Switch’를 통해 ‘원점 사전설정 기능’에 의해 임의의 점을 쉽게 원점으로 설정할 수 있다.
AZ 시리즈 특징을 살린 다양한 제품 출시 예정
신개발 ABZO 센서를 채용한 AZ 시리즈는 백업 배터리가 필요 없는 다회전 앱솔루트 시스템을 구축할 수 있어 외부 센서 비용의 절감, 유지보수 비용 절감 등 고객 장비의 총비용 절감에 공헌할 수 있다.
또한, 신뢰성 높은 오리엔탈모터만의 Closed Loop 제어 방식에 의한 뛰어난 기술력을 계승하면서 시퀀스(Sequence) 기능, 각종 모니터 기능 등에 이용할 수 있다. 현재 AZ 시리즈의 특징을 살린 다양한 제품이 출시됐으며, 지속적으로 확대할 계획이다(그림 8).
▲ 그림 8. AZ 시리즈 탑재 액추에이터
인아오리엔탈모터 기술지원센터
