멀리 내다보는 구동 기술

제조업체 BMR의 포트폴리오에는 모터 스핀들을 위한 다양한 버전의 인버터가 있다. 두 가지 신제품 외에 변환기 및 모터의 프로세스 모니터링을 위한 스마트 팩토리 시스템이 제품 스펙트럼에 포함되었다.

질케 브뤼겔(Silke Brügel): 자유 기고가.

핵심 내용

  • BMR은 1990년부터 모터 스핀들을 위한 인버터를 제조했다. 최근 SFU 1000(= 1000VA 연속 출력 전력)으로 포트폴리오의 범위를 확장하였다.
  • Motorview는 인버터와 모터의 프로세스 모니터링 시스템을 통합하는 솔루션이다.
  • 새로운 제품으로 고객 요건을 충족하고 동시에 인더스트리 4.0으로의 접근 수단을 마련하였다.

인버터의 개발은 19세기 말 3상 전류와 3상 모터의 발명에서 시작되었다. “기계를 3상 모터로 구동할 수 있었다는 것은 당시 산업 혁명을 한 단계 더 나아가게 하였습니다.”라고 BMR의 개발부서의 공학박사 프랑크 부흐홀츠가 설명하였다. BMR은 1990년에 고속 모터 스핀들을 위한 정적 인버터 제조를 시작하였다.

또한 고주파 스핀들 구동을 위해 구동 전압이 주전원 전압에 좌우되지 않도록 만들어야 했다. 원리는 동일하였다. 1상 또는 3상 주전원의 전압이 정류된 후 출력단을 통해 주파수 가변과 전압 가변되는 출력 전압으로 변환되는 것이다.

BMR은 포트폴리오에 수많은 버전을 갖고 있다. 주전원 전압으로 작동하는 인버터(SFU 0300 또는 SFU 0303)가 있고, 주전원 변압기로 높은 보호 분리를 구현하는 저전압 변환기(SFU 0200 및 SFU 0103/0203)가 있으며, 외부 파워 서플라이로부터 직접 직류 전압을 공급받는 모듈 변환기(SFU 0156, SFU 400 또는 SFU 1000)도 있다.

이들 모두에게 비동기 모터를 제어하기 위한 PWM 기반 사인파 출력 전압과 동기 모터에 대한 PWM 기반 블록 제어가 공통점이다. 이 모든 인버터는 회사 본사에서 개발하고 제조, 테스트한다.

인버터와 모터에 측정 시스템 Motorview를 통합하여 예측 정비가 가능하고, 운영 비용을 절감할 수 있다.

집약적인 개발 작업과 수십 년의 경험

집약적인 개발 작업과 수십 년의 경험 그리고 노하우는 훌륭한 조합이 이루어졌다. 2021년에 BMR은 이를 증명했다. 2021년 여름 첫 번째 새로운 개발 제품인 SFU 400가 출시되었다. 이 인버터는 담뱃갑보다도 크지 않지만 매우 효율적이다. AC 및 BLDC 모터를 구동할 수 있고, 최대 100,000rpm의 속도가 가능하며, 48V 공급 전압에서 380VA의 최대 출력 전력을 생성할 수 있다.

이 초소형 인버터는 출력이 필요한 바로 그곳에 조립할 수 있어 연결 라인을 짧게 할 수 있다. 이로 인해 EMC 간섭도 극적으로 낮출 수 있다. 이 인버터는 모든 하우징과 모든 애플리케이션에 사용할 수 있으며, 특별한 고객 서비스로 테스트를 위해 모든 부속품이 장착된 샘플 키트를 사용할 수 있다.

작년 뉘른베르크에서 열릴 SPS (Smart Production Solution) 박람회가 결국 취소되었지만, 그 즈음에 BMR의 두 번째 제품인 SFU 1000이 출시하였다. 콤팩트한 이 인버터는 이름에서 유추할 수 있듯이 1,000VA의 연속 출력 전력을 제공한다. 그리고 출력 전류 12A로 보다 많은 전류를 필요로 하는 큰 스핀들을 문제없이 구동할 수 있으며, 이는 55 V AC 출력 전압 시에도 마찬가지이다. 이 장치는 중소형 밀링기와 연삭기에 적합하며, 고속 드라이브를 채용한 모든 CAD/CAM 시스템과 CNC 시스템에도 적합하다. STO(Safe Torque Off) 기능을 통합하여 기계 서비스 작업을 위한 최신 안전 요건을 충족할 뿐만 아니라 고객의 특정 애플리케이션에도 유연하게 통합할 수 있다. 이를 위해 매개변수화 가능한 네 개의 빈 입력과 0-24V 레벨의 출력 채널로 I/O를 특별히 확장하였고, 추가 회로 없이 PLC 입력을 직접 제어할 수 있다. 이 장치는 기존 모듈 변환기 제품 라인을 보완한다.

이 두 신제품은 회사 역사를 되돌아볼 수 있게 하는 BMR의 기업 철학을 잘 보여준다. “고객과의 대화가 최우선입니다. 우리는 고객이 원하는 바를 잘 이해하고 있으며, 우리 제품은 고객 현장뿐만 아니라 세계 시장의 새로운 도전에 대한 해답입니다.”(수잔네 브리틀링 이사) BMR은 자신의 정체성을 개발 부서를 역량 센터로 둔 솔루션 파인더로 보고 있다. 또한 이 기업은 연구 기관과 협력에 주력하고 있다.

소형 파워 패키지 SFU 400은 스핀들에 직접 연결할 수 있다.

드라이브의 전력과 부하를 안다

현재의 과제는 산업 생산의 포괄적인 디지털화와 인더스트리 4.0이다. 여기에서 초점은 제조 및 가공 공정의 모니터링과 제어이다. 2020년 BMR이 선보인 Motorview 제품은 프로세스 모니터링 시스템을 컨버터 및 모터와 통합하기 위한 강력한 솔루션으로 전 세계적으로 유일하다.

이는 다양한 밀링 커터로 여러 작업을 수행하는 밀링 머신과 같은 스핀들 시스템이 있는 모든 응용 분야에 적합하다. 또한 모든 가공 단계를 직접 추적할 수 있다. 이 측정 장치를 모든 기계에 장착할 수 있다는 점이 또 다른 장점이며, 새로운 기계에 장착할 수 있고 구형 기계의 개조 및 업그레이드 시에도 사용할 수 있다.

Motorview는 두 가지 구성 요소, 즉 센서 장치 부분과 디스플레이 부분으로 나뉜다. 통합은 매우 간단하다. 센서는 변환기와 구동 모터 사이의 모터 케이블에 간단히 연결된다. 결과적으로 모터는 프로세스에 영향을 미치지 않고 전압 및 전류에 대한 모든 정보를 수집하고 저장하는 장치를 통과한다. 디스플레이는 케이블을 통해 연결되고 스핀들의 기록된 부하 상태를 그래픽으로 표시한다. 직렬 인터페이스는 통신 및 기계 제어와의 통합에 사용할 수 있다.

SFU 1000는 다방면으로 사용할 수 있고 출력 전력은 높으면서 콤팩트하다.

모터에 귀를 대다: 인더스트리 4.0을 위한 준비

“Motorview는 프로세스에 직접 귀를 기울이고 스핀들 부하 상태에 대한 데이터를 매우 민감하게 기록하고 표시할 수 있습니다. 모터 부하 상태는 대체로 가공 프로세스를 반영하기 때문에, 공정이 정상적으로 진행되는지 또는 문제가 있는지에 대해 추론할 수 있습니다.”(프랑크 부흐홀츠)

이는 인더스트리 4.0 주제로 연결된다. 예측 유지 보수를 통해 계획되지 않은 가동 중지를 피할 수 있기 때문이다. 최적화된 품질 관리 외에도 이는 중기적으로 생산 비용을 현저히 감소시킨다. 공구가 마모되어 절삭 성능이 저하되는 것을 조기에 감지할 수 있다면 품질이 악화되거나 최악의 경우 공구가 파손되기 전, 적시에 공구를 교체할 수 있다.

Motorview 측정 시스템은 이러한 중요한 기능 외에도 스핀들 베어링 마모, 모터 케이블 고장, 제어 진동 또는 드라이브 시스템의 매개변수화 오류와 같은 문제를 초기 단계에서 감지한다. 민감한 센서로 인해 가공 공정의 직접 매핑이 가능하다. 현재 슈바인푸르트에 있는 Schaeffler Aerospace 등에서 성공적으로 사용되고 있다.

MM Info: 단순한 인버터 전문가 그 이상

회사 설립자인 루돌프 M. 브리틀링은 1978년 Triumpf Adler와 Lehmann-Eisenbahnen에 납품할 제품을 생산하였다. 처음에는 인버터가 아니라 전자 장치였다. 자체 전자 컨트롤 시스템을 개발하였다. 두 번째 계기는 1988년 Sasse의 스위치 생산을 인수하면서 시작되었다. 이로써 트럭 윤활 및 배터리 충전기를 위한 펌프 제어 시스템이 제품군에 포함되었다. BMR은 1990년부터 생산한 인버터 외에 1990년 말까지 자동차 산업 및 광고 분야의 발광 호일 및 램프를 제어하기 위한 특수 전자 장치를 제품 라인에 확장하였으며, 반면에 스위치 생산은 중단하였다. 20명의 직원이 슈바바하 공장에서 일하고 있으며 계약직은 없다.