ebm-papst의 콤팩트한 지능형 드라이브

분산형 자동화는 콤팩트한 드라이브를 필요로 하고, 드라이브는 여러 요건들을 충족할 수 있어야 한다. 이제 구동 기술 제조사들은 신속하고 경제적인 고객 맞춤형 구동 시스템을 납품할 수 있어야 한다. ebm-papst는 이를 위해 모듈 방식의 드라이브 키트를 개발하였다.

 

슈테파니미헬(Stefanie Michel)

 

드라이브 압축이 분산 자동화에 의해 가속화되고 있다. 여기에 인더스트리 4.0을 통해 모든 구성 요소들이 서로 통신하고, 마스터 컴퓨터에서 액추에이터 센서 레벨에 이르기까지 모든 네트워킹이 가능해졌다. 이는 산업용 구동 기술 제조사들이 전자 장치를 내장한 소형 모터로 발전한다는 의미이다.

이러한 콤팩트한 드라이브는 다양한 응용 사례에서 분산형 자동화에 사용된다. 드라이브에 제기되는 요건은 매우 다양하며, 주로 성능, 구조, 제어성, 에너지 효율과 관련이 있다. ebm-papst는 이러한 고객 요건을 충족하기 위해 경제적이고 신속하게 조합할 수 있는 모듈 방식의 드라이브 키트를 개발하였다. ebm-papst 산업용 구동 기술 사업부 책임자인 요하네스 무스만에 의하면 이 드라이브는 부분적으로 엇갈리는 고객들의 요건에 대한 해답이라고 강조한다. „드라이브 사용 영역이 많아 다양한 변형이 필요합니다. 고객들은 당연히 경제적인 솔루션을 추구하지만 이러한 변형 조건이 경제성을 방해합니다.“ 새로운 드라이브를 이용하면서 고객들은 제품의 긴 개발 시간이 줄어들어 드라이브를 빠르게 적용할 수 있게 되었다.

 

무브러시 내륜구동 모터를 중심으로 하는 키트

모터 기어 유닛 변종

이 드라이브 키트의 중심에는 BLDC 모터가 있다. ebm-papst에 의하면 이 BLDC 모터는 AC 전동기나 브러시 장착 전동기에 비해 매우 콤팩트하고 강력하다고 한다. 이 드라이브의 ECI 시리즈는 42, 63, 80mm 직경으로 30 ~ 750W의 출력 범위를 유지한다. 직경이 42mm인 이 전자 정류 내륜구동 모터(ECI-42)의 경우, 다양한 출력과 기어 디자인, 감속 단계 그리고 추가의 구성 요소를 사용한다.

보호 등급 IP54의 드라이브는 마그네틱 인크리멘탈 엔코더 (해상도 12bit)와 간단한 전기 연결을 위한 산업용 커넥터가 장착된다. 베이어닛 조인트를 적용한 반경 방향 앵글 플러그는 회전 가능하고 자동으로 맞물린다. 위치에 민감한 적용 사례인 경우 축 방향 플러그 모듈을 사용할 수 있으며, 기성 케이블 연결도 가능하다. ebm-papst는 스테이터 장착 길이 20mm 또는 40mm로 모터 자체를 공급한다. 이 모터는 공칭 토크 110 또는 220mNm, 공칭 속도 4000min-1일 때 약 45 또는 90W의 출력에 도달하며 효율은 75%를 초과한다. 모터는 산업용으로 일반적인 24VDC와 48VDC 버전이 있다. 현재 로터 위치 파악을 위한 홀 센서가 통합되었고, 모터는 외부 조절기를 이용하여 제어된다. 선택적으로 BUS 인터페이스가 적용된 속도 조절기와 위치 조절기 등 다른 통합 지능형 전자 모듈이 뒤를 이을 것이다.

내륜구동 모터의 빠른 속도를 적용 사례에 맞는 레벨로 맞추고 출력 토크를 높이기 위해, 유성 기어와 크라운 휠 기술을 적용한 베벨 기어(Etacrown 기어) 같은 기어 모듈을 사용한다. 홀딩 브레이크 또는 안전 브레이크가 구동 유닛을 보완한다. 이러한 작업은 수많은 변종이 있을 수 있지만 실무에서는 보다 덜 복잡하다. 설계자들과 엔지니어들은 온라인 포털을 통해 성능, 출력 속도, 출력 토크 등의 기본 매개변수를 이용하여 일차적인 선택을 할 수 있다. 그럼에도 불구하고 요하네스 무스만은 직접적인 컨설팅이 매우 중요하다고 강조한다. „우리는 고객에게 직접 방문해서 적용 사례를 이해하고 구체적인 해결을 위해 어떤 구동 시스템이 필요한지 고객과 함께 논의합니다.“ 고객의 핵심 역량은 드라이브가 아니고 응용 제품이기 때문에 고객은 계속해서 응용 제품에만 집중하면 된다.

 

효율적인 구동을 위해 전문가와 함께

요하네스 무스만: „부분적으로 엇갈리는 고객들의 요건에 대한 해답은 당사의 모듈형 제품 키트입니다.“

ebm-papst의 이른바„드라이브 전문가“들은 드라이브 시스템 전체를 설계하기 때문에, 전체적인 효율성을 고려한다. 드라이브 전문가들은 모터제어 전문가들과 함께 진행 중인 기어 개발과 최대 95%의 효율을 달성하도록 모터, 기어, 전자 장치를 설계하고 있다. 콤팩트한 드라이브의 모터 하우징에 드라이브 조절기를 통합하여 직접 응용 제품에 장착할 수 있다.

ebm-papst는 드라이브 시스템을 표준 타입과 어드밴티지 타입으로 분류한다. 어드밴티지 타입은 개발 시간을 단축하는 사전 개발과 사전 검증된 개별 모듈을 포함한다. 이 드라이브는 필요할 경우 통합 지능을 동반한다. 이 모터는 위치, 온도, 속도, 토크와 같은 자체 상태를 기록하고 알릴 뿐만 아니라, 분석 기초의 역할을 하여 응용 제품의 장애를 쉽게 찾아낼 수 있다. 이로 인해 예측 유지보수(Predictive Maintenance)와 상태 모니터링(Condition Monitoring)이 가능하다. 앞으로는 모터로부터 수많은 매개변수를 실시간으로 제공하는 것이 가능하여 드라이브 내 통합 지능을 통해 상태를 계산할 수 있다. „기계 학습을 통해 단순화된 설치를 생각해 볼 수 있습니다. 모터를 구동하고, 최적 제어 매개변수를 스스로 확인할 수 있습니다.“(요하네스 무스만)

 

드라이브가 예측 유지보스를 준비한다

드라이브 키트를 통해 분산 자동화와 소형화 그리고 지능에 대한 요건을 충족하는 고객 별 소형 드라이브를 유연하고 신속하게 조립할 수 있다. 이는 자동화와 포장 기술, 의료 기술에 이르기까지 에너지 효율적인 소형 드라이브를 필요로 하는 모든 응용 사례에 적용할 수 있다.

적용 사례

무인 운반 시스템을 위한 드라이브

AGV(무인 운반 시스템)는 소비자 영역의 온라인 거래에서 산업 분야의 자동차 제조에 이르기까지 다양한 분야에서 사용된다. 무인 운반 시스템에 제시되는 요건들은 사용 분야와 상관이 없이 매우 다양하다. AGV 드라이브는 기어와 안전 브레이크를 장착해도 가볍고 콤팩트해야 하며, 성능 밀도가 높고 효율적으로 작동해야 한다. 또한 모터는 SELV(안전 초저전압)에 맞게 설계하고, 컨트롤 시스템의 부담을 덜기 위해 지능형이어야 한다. 여기에 구동 출력, 기어 버전, 감속 단계, 제어 또는 연결 기술과 관련하여 AGV 제조사들의 다양한 요구가 더해진다.

드라이브 키트를 통해 다양한 모듈을 조합하여 적합한 구동 솔루션을 개별적으로 만들 수 있다. ebm-papst에 따르면 ECI 시리즈는 AGV에 적용하기에 매우 적합하다. 이 드라이브는 원하는 제어 전자장치, 기어 및 엔코더를 이용하여 구체적인 목표에 맞추어 유연하게 조립할 수 있다. 공급 전원이 끊어졌을 경우 위치를 안전하게 유지하는 리프팅 유닛의 경우 영구 자석 브레이크 또는 스프링 압력 브레이크를 적용한 모듈이 드라이브 유닛을 보조한다. 또한 드라이브 설계 시 기능 안전(FuSI)을 고려한다.