짐벌용 프레임리스 모터

광전자 안정화 짐벌, 로봇 유니버셜 조인트, 공중 감지 장비, 휴대용 외골격 등의 장비에는 가능한 구동 장치가 필요한 경우가 많습니다. 다각도 이동, 중공 케이블 라우팅, 초경량 설계, 저속에서 부드럽고 진동 없는 작동이 .

많은 해외 ​​R&D 엔지니어들이 기존 프레임리스 로봇 조인트 모터 와 짐벌 프레임리스 모터를 혼동하는 경우가 많습니다 . 그러나 이 두 가지 모터 유형은 매우 다른 작동 조건에 최적화되어 있습니다.

짐벌 프레임리스 모터란 무엇입니까?

기본 정의

라고도 알려진 짐벌 프레임리스 모터는 짐벌 프레임리스 토크 모터 으로 특별히 설계된 특수 유형의 영구 자석 브러시리스 프레임리스 모터입니다. 짐벌 안정화 플랫폼 및 다축 유니버셜 조인트용 .

표준 프레임리스 모터와 마찬가지로 모터는 고정자 권선 어셈블리 + 영구 자석 회전 자로만 공급됩니다 . 하우징, 베어링 또는 출력 샤프트는 포함되지 않습니다. 독립형 모터로 작동할 수 없으며 짐벌의 기계 구조에 직접 통합되어야 합니다.

짐벌 프레임리스 모터와 기존 로봇 조인트 프레임리스 모터의 가장 큰 차이점은 얇고 평평한 자기 회로 설계 로 저속 유지 토크와 매우 낮은 코깅 토크에 최적화되어 있습니다.

주요 목표는 고속 회전이 아니라 다음과 같습니다.

• 소각왕복운동

• 정확한 자세 유지

• 부드러운 저속 위치 결정

• 진동 억제

• 짐벌 메커니즘의 안정적인 작동

고정자는 짐벌 베이스 하우징에 고정되고, 로터는 짐벌의 메인 피벗 샤프트에 직접 장착됩니다. 짐벌 자체의 교차 롤러 베어링 또는 정밀 소형 베어링이 회전 지원을 제공합니다.

중앙의 큰 구멍은 신호 및 전원 케이블용으로 예약되어 있어 다중 각도 이동 중에 케이블이 반복적으로 구부러지거나 마모되는 것을 방지합니다.

인코더, 온도 센서, 브레이크 및 모터 드라이버는 일반적으로 모터 자체에 포함되어 있지 않습니다 . 이러한 구성 요소는 전체 장비의 요구 사항에 따라 시스템 제조업체에서 선택하고 통합합니다.

짐벌 프레임리스 모터의 두 가지 주요 구조 유형

외부 로터 짐벌 프레임리스 모터

로터는 고정자 외부를 둘러싸므로 짐벌 안정화 시스템에 가장 널리 사용되는 구성입니다.

평평한 팬케이크형 구조는 동일한 외경에서 더 높은 유지 토크를 제공하는 동시에 적당한 로터 관성과 부드러운 저속 이동을 유지합니다.

다음에 적합합니다:

• 카메라 안정화 짐벌

• 광전자 감지 플랫폼

• 소형 로봇 유니버설 조인트

• 소형 안정화 시스템

HOLRY의 짐벌 모터 시리즈 대부분은 외부 로터 구성을 사용합니다..

내부 로터 짐벌 프레임리스 모터

내부 로터 구성에서는 로터가 고정자 내부에 위치합니다.

이 디자인은 다음을 제공합니다.

• 낮은 로터 관성

• 더 빠른 동적 반응

• 더 작은 축 두께

• 상대적으로 낮은 토크 출력

일반적으로 다음에서 사용됩니다.

• 소형 짐벌 메커니즘

• 능숙한 로봇 손목

• 소형 항공 장비

• 컴팩트한 정밀 모션 시스템

짐벌 프레임리스 모터와 기존 로봇식 프레임리스 조인트 모터 비교

많은 엔지니어들이 짐벌 플랫폼에 기존의 프레임리스 로봇 모터를 사용하려고 시도합니다. 이는 종종 초래할 수 있습니다. 저속 진동과 불안정한 위치 결정을 .

근본적인 이유는 두 가지 모터 유형이 서로 다른 자기 회로 및 작동 요구 사항에 맞게 최적화되어 있기 때문입니다.

기존 로봇식 프레임리스 조인트 모터

• 설계 목표: 중간 속도 작동으로 높은 연속 토크, 큰 각도 연속 회전.

• 코깅 토크: 모터는 주로 지속적인 로봇 회전을 위해 만들어졌기 때문에 코깅 토크 요구 사항은 상대적으로 완화되었습니다.

• 폼 팩터: 일반적으로 더 두껍고 높은 토크 출력에 중점을 둡니다.

• 작동 조건: 관성이 지배적인 부하를 갖는 연속 왕복 또는 큰 각도 회전.

• 일반적인 응용 분야: 휴머노이드 로봇의 단일 축 어깨, 팔꿈치, 엉덩이 및 무릎 관절.

짐벌 프레임리스 모터

• 설계 목표: 저속 소각 운동, 자세 유지, 외란 제거 및 진동 억제.

• 자기 회로 최적화: 기울어진 자석과 분수 슬롯 권선을 사용하여 코깅 토크를 최소화하고 부드러운 미세 각도 이동을 보장합니다.

• 폼 팩터: 평평하고 얇은 구조로 짐벌의 전체 크기와 무게가 줄어듭니다.

• 작동 조건: 빈번한 소각 왕복 운동 및 외부 방해에 대한 정적 위치 유지. 높은 회전 속도는 일반적으로 불필요합니다.

• 일반적인 응용 분야: 광전자 짐벌, 로봇 손목 관절, 감지 및 스캐닝 메커니즘, 휴대용 외골격 관절.

짐벌 프레임리스 모터와 기존의 완전 밀폐형 짐벌 모터 비교

시중에서 판매되는 많은 짐벌 모터는 하우징과 베어링이 포함된 완전한 장치로 제공됩니다.

주요 장점은 플러그 앤 플레이 편의성 입니다 . 그러나 고정된 하우징 치수와 두께로 인해 장비 구멍에 깊이 통합되는 것이 제한될 수 있습니다. 중공 구멍 크기도 제한되어 광범위한 시스템 수준 맞춤화가 어려울 수 있습니다.

이와 대조적으로 짐벌 프레임리스 모터는 최종 장비의 기계 구조에 직접 통합됩니다.

이는 더 큰 설계 유연성을 제공하고 프레임 없는 모터를 OEM 맞춤화 및 대량 생산 프로젝트 에 특히 적합하게 만듭니다..

짐벌 프레임리스 모터의 주요 장점

부드럽고 진동 없는 저속 모션을 위한 매우 낮은 코깅 토크

짐벌 플랫폼의 가장 큰 과제 중 하나는 저속 진동과 급격한 자세 변화입니다.

짐벌 프레임리스 모터는 과 같은 기술을 사용하여 편향 영구 자석 및 분할 슬롯 권선 코깅 토크를 크게 줄입니다.

이를 통해 다음이 가능해집니다.

• 부드러운 마이크로 앵글 운동

• 안정된 자세 유지

• 외부 진동에 대한 저항력 향상

• 안정적인 광학 이미징 및 감지

이러한 특성은 모터로 인한 작은 방해라도 이미지 품질에 영향을 미칠 수 있는 광전자 안정화 시스템에 특히 중요합니다.

가볍고 컴팩트한 장비를 위한 평면 및 얇은 디자인

하우징, 엔드 커버 등 불필요한 부품을 제거하여 모터는 축 두께를 대폭 줄이는 컴팩트한 팬케이크 스타일 구조를 채택했습니다.

유사한 토크를 제공하는 완전 밀폐형 짐벌 모터와 비교할 때, 프레임리스 모터는 무게를 상당히 줄일 수 있습니다.

따라서 다음과 같이 공간이 제한된 애플리케이션에 특히 적합합니다.

• 공수 장비

• 휴대용 장치

• 로봇 손목

• 소형 안정화 플랫폼

안정적인 내부 케이블 라우팅을 위한 대형 중공 구멍

중앙에 큰 구멍이 있어 신호 및 전원 케이블이 모터를 직접 통과할 수 있습니다.

다중 각도 짐벌 이동 중에 케이블은 메커니즘 주위를 반복적으로 구부리지 않고 중앙을 통해 라우팅된 상태를 유지할 수 있습니다.

이는 다음 사항에 도움이 됩니다.

• 케이블 피로 감소

• 케이블 손상 최소화

• 시스템 배선 단순화

• 장기적인 장비 신뢰성 향상

고정밀 위치 결정을 위한 제로 백래시 다이렉트 드라이브

로터는 짐벌의 메인 피벗 샤프트에 직접 장착되어 커플링과 감속 기어가 필요하지 않습니다.

이는 전송 백래시를 제거하고 다음을 가능하게 합니다.

• 빠른 포지셔닝 응답

• 높은 반복성

• 정확한 자세 제어

이러한 특성은 정밀 감지 및 광학 추적 장비에 특히 중요합니다.

정적 유지 애플리케이션을 위한 유연한 열 관리

짐벌 메커니즘은 정적 위치 유지 상태에서 상당한 시간을 보내는 경우가 많습니다. 이 시간 동안 권선에는 지속적으로 전원이 공급되어 열이 발생할 수 있습니다.

프레임리스 모터의 고정자는 알루미늄 합금 짐벌 베이스에 직접 장착될 수 있기 때문에 열이 하우징으로 직접 전달될 수 있습니다.

작동 환경에 따라 포팅 및 열 캡슐화를 적용하여 열 전달을 향상시킬 수도 있습니다.

이는 장기간 자세를 유지하는 동안 과열을 방지하는 데 도움이 됩니다.

글로벌 OEM 프로젝트를 위한 높은 맞춤화

HOLRY 짐벌 프레임리스 모터는 다음의 사용자 정의를 지원합니다.

• 외경

• 모터 두께

• 중공 직경

• 권선 전압

• 자석등급

• 기타 전자기 매개변수

모터는 24V/48V 저전압 DC 시스템 에 맞게 구성할 수 있으며 고온, 저온, 고습 조건을 포함한 까다로운 해외 환경에 적응할 수 있습니다.

HOLRY는 또한 국제 OEM 프로젝트를 지원하기 위해 포괄적인 영어 기술 문서를 제공할 수 있습니다.

짐벌 프레임리스 모터의 한계

장점에도 불구하고 짐벌 프레임리스 모터에는 몇 가지 본질적인 한계가 있습니다.

1. 더 높은 통합 요구 사항

모터에는 베어링이나 하우징이 포함되어 있지 않기 때문에 시스템 엔지니어링 팀은 기계 캐비티를 설계하고, 정밀 소형 베어링을 선택하고, 조립 도구를 개발하고, 인코더를 일치시켜야 합니다.

따라서 이러한 모터는 전기 기계 통합 기능이 충분하지 않은 고객에게는 적합하지 않습니다.

2. 조립 동심도에 매우 민감함

짐벌 메커니즘은 소형인 경우가 많으며 회전자-고정자 에어 갭이 매우 작습니다.

조립 불량으로 인해 회전자-고정자 접촉이 발생하고 진동이 증가하며 심지어 모터 고장까지 발생할 수 있습니다.

정밀조립 능력이 없는 해외 고객의 경우 고장 위험이 크게 높아질 수 있습니다.

3. 고속 운전에는 적합하지 않습니다.

모터는 지속적인 고속 회전보다는 저속 이동과 유지 토크에 주로 최적화되어 있습니다.

짐벌 프레임리스 모터의 주요 응용 분야

광전자 감지 짐벌

일반적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 공중 짐벌

• 지상 기반 감시 안정화 플랫폼

• 레이저 스캐닝 짐벌 메커니즘

이러한 시스템은 외부 진동에 저항하고 안정적인 광학 방향을 유지해야 합니다.

얇은 모터 구조는 귀중한 설치 공간을 절약하고 중공 보어는 광, 신호 및 전원 케이블의 배선을 단순화합니다.

로봇식 범용 손목 관절

짐벌 프레임리스 모터는 다음 용도로 사용할 수 있습니다.

• 협동로봇

• 휴머노이드 로봇

• 능숙한 로봇 손목

• 다축 손목 메커니즘

엔드 이펙터 무게를 줄이고 그립 및 조작 중에 부드러운 미세 조정을 가능하게 하면서 다자유도 이동을 제공합니다.

휴대용 외골격 및 재활 장비

응용 분야는 다음과 같습니다.

• 착용 가능한 외골격 관절

• 재활 훈련 메커니즘

• 소형 보조 모션 시스템

무게는 웨어러블 장비에서 중요한 고려 사항입니다. 프레임리스 모터의 경량 설계와 부드러운 저속 움직임이 결합되어 사용자의 편안함과 안전성을 향상시킵니다.

전문 산업 및 의료용 정밀 짐벌 메커니즘

잠재적인 응용 분야는 다음과 같습니다.

• 의료 영상 회전 모듈

• 실험실 정밀 포지셔닝 플랫폼

• 전문검사장비

• 정밀 감지 시스템

이러한 애플리케이션에는 일반적으로 다음이 필요합니다.

• 낮은 진동

• 저소음

• 높은 위치 정확도

• 컴팩트한 기계적 통합

권장되지 않는 응용 분야: 고속 연속 회전 메커니즘, 충분한 기계적 통합 기능이 없는 신속한 프로토타입, 간단한 단일 축 고토크 응용 분야. 기존의 프레임리스 조인트 모터는 일반적으로 이러한 응용 분야에 더 적합합니다.

짐벌 프레임리스 모터 선택 시 5가지 핵심 요소

많은 해외 ​​고객은 같은 짐벌 관련 매개변수를 간과하면서 주로 토크 등급을 기준으로 모터를 선택합니다. 코깅 토크, 홀딩 토크, 모터 두께, 로터 관성과 .

이로 인해 시스템 통합 및 시운전 중에 어려움이 발생할 수 있습니다.

홀딩 토크와 피크 토크 구별

대부분의 짐벌 애플리케이션에는 정적 자세 유지 및 작은 각도의 왕복 운동이 포함됩니다.

따라서 핵심 매개변수는 연속 유지 토크 입니다.외부 방해에 저항하는 모터의 능력을 결정하는

피크 토크는 주로 단기 가속 및 빠른 이동과 관련이 있습니다.

고온의 해외 환경에서는 20~30%의 토크 안전 여유를 유지하는 것이 좋습니다. 피크 토크 정격만을 기준으로 모터를 선택하기보다는

코깅 토크에 세심한 주의를 기울이십시오

코깅 토크는 저속 부드러움과 진동에 직접적인 영향을 미치기 때문에 짐벌 모터의 가장 중요한 매개변수 중 하나입니다.

광전자공학 및 정밀 짐벌 애플리케이션의 경우 다음을 갖춘 모터의 우선순위를 지정하는 것이 좋습니다.

코깅 토크 ≤ 정격 토크의 2%

기존의 프레임리스 로봇 모터는 일반적으로 코깅 토크 요구 사항이 덜 엄격합니다. 짐벌 플랫폼에서 직접 사용하면 진동과 위치 드리프트가 쉽게 발생할 수 있습니다.

모터 두께, 외경 및 중공 보어 확인

짐벌 메커니즘의 내부 공간은 매우 제한적인 경우가 많습니다.

따라서 축 두께는 중요한 설계 제약 조건입니다.

신호 및 전원 케이블을 위한 충분한 공간을 확보하기 위해 중공 직경도 확인해야 합니다.

HOLRY는 소형 기계 공동을 위한 맞춤형 평면 및 얇은 모터 설계를 지원합니다.

매치 로터 관성

짐벌 시스템은 외부 방해에 빠르게 반응해야 합니다.

따라서 로터 관성은 기계 시스템과 주의 깊게 일치해야 합니다.

관성이 너무 높거나 일치하지 않으면 플랫폼이 진동할 수 있고 PID 튜닝이 어려워질 수 있습니다.

모터를 선택할 때 공급업체는 회전자 관성 값을 제공해야 합니다. 시스템 제조업체가 동적 시뮬레이션과 모션 제어 계산을 수행할 수 있도록

해외 환경 및 전기 요구사항 고려

고온 지역의 경우 열전도율을 향상시키기 위해 와인딩 포팅이 필요할 수 있습니다.

저온 환경의 경우 자기소거 위험을 줄이기 위해 저온 저항 자석을 선택해야 합니다.

모터의 버스 전압은 시스템 전원 공급 장치와도 호환되어야 합니다.

국제 OEM 프로젝트의 경우 공급업체는 이상적으로 다음을 제공해야 합니다.

• 영어 데이터시트

• 조립 지침

• 전기 사양

• 모터 성능 곡선

• 수출 관련 기술 문서

일반적인 통합 실수

실수 1: 짐벌 프레임리스 모터를 기존 로봇형 프레임리스 모터로 교체

기존의 프레임리스 모터는 일반적으로 큰 각도 회전에 최적화되어 있습니다.

작은 각도의 짐벌 이동에는 코깅 토크가 너무 높을 수 있으며, 이로 인해 지속적인 진동이 발생하고 자세 유지가 불안정해질 수 있습니다.

토크 등급이 일치하는 것처럼 보이더라도 직접 교체는 일반적으로 권장되지 않습니다.

실수 2: 완전한 짐벌 모터처럼 취급

짐벌 프레임리스 모터는 일반적으로 고정자와 회전자로만 구성됩니다.

완전한 짐벌 시스템에 필요한 베어링, 기계적 지지대 또는 인코더는 포함되지 않습니다.

단순히 독립형 완성 짐벌 모터로는 구동할 수 없습니다.

적절한 기계적 통합 없이 직접 전원을 공급하면 회전자-고정자 접촉 및 영구 자석 손상이 발생할 수 있습니다.

실수 3: 동심도 및 공극 요구 사항 무시

짐벌 메커니즘은 소형이며 회전자-고정자 에어 갭이 매우 작은 경우가 많습니다.

동심도가 좋지 않으면 다음과 같은 결과가 발생할 수 있습니다.

• 진동

• 소음

• 로터-스테이터 접점

• 마모 증가

• 모터 고장

공급업체는 필요한 공극 및 동심도 공차를 명시한 명확한 영어 조립 문서를 제공해야 합니다.

실수 4: 토크에만 집중하고 코깅 토크를 무시함

모터는 과도한 코깅 토크를 가지면서도 충분한 토크를 제공할 수 있습니다.

이로 인해 저속 진동, 불안정한 짐벌 움직임, 광학 시스템의 이미지 흔들림이 발생할 수 있습니다.

짐벌 프레임리스 모터를 구매할 때 구매자는 실제 코깅 토크 테스트 데이터를 요청해야 합니다. 공급업체에

실수 5: 정적 유지 중 열 관리 무시

짐벌 시스템은 장기간 특정 자세로 고정되어 권선에 전원이 공급되고 열이 발생할 수 있습니다.

프레임리스 모터에는 자체적인 완전한 냉각 구조가 없기 때문에 열 방출은 짐벌 하우징에 크게 의존해야 합니다.

더운 기후에 적용하려면 프로젝트 초기에 열 설계를 평가해야 합니다.

그렇지 않으면 과열 및 영구 자석 감자가 발생할 수 있습니다.

FAQ

Q1: 짐벌 프레임리스 모터에는 기어박스가 필요합니까?

답변: 대부분의 짐벌 플랫폼은 직접 구동 구성을 사용하며 기어박스가 필요하지 않습니다.

소형 정밀 기어박스는 중부하 작업이나 고부하 짐벌 메커니즘에만 필요할 수 있습니다.

Q2: 짐벌 프레임리스 모터에는 인코더와 브레이크가 포함되어 있나요?

A: 표준 제품에는 일반적으로 엔코더나 브레이크가 포함되어 있지 않습니다.

이는 전체 장비의 요구 사항에 따라 선택된 시스템 수준 구성 요소입니다.

HOLRY는 장비 제조업체의 인코더 통합을 용이하게 하기 위해 센서 장착 인터페이스를 예약할 수 있습니다.

Q3: 해외 바이어가 공급자에게 어떤 기술 문서를 요청해야 합니까?

A: 권장 문서에는 다음이 포함됩니다.

• 모터 데이터시트

• 토크 및 유지 토크 곡선

• 코깅토크 시험성적서

• 로터 관성 데이터

• 회전자-고정자 에어갭 요구 사항

• 동심도 및 조립 공차

• 권선 저항 및 인덕턴스 매개변수

• 영어 조립 설명서

• 관련 수출 및 인증 문서

Q4: 외부 로터와 내부 로터 짐벌 프레임리스 모터 중에서 어떻게 선택해야 합니까?

A: 더 높은 유지 토크와 편평하고 얇은 짐벌 구조가 필요한 응용 분야의 경우 일반적으로 외부 로터 설계가 선호됩니다.

매우 낮은 관성과 빠른 동적 응답이 우선시되는 소형 메커니즘의 경우 내부 로터 설계가 더 적합할 수 있습니다.

Q5: 짐벌 프레임리스 모터의 가장 일반적인 고장 원인은 무엇입니까?

A: 일반적인 실패 원인은 다음과 같습니다.

• 과도한 코깅 토크로 인해 진동 발생

• 회전자-고정자 접촉을 유발하는 불량한 조립 동심도

• 정적 유지 중 열 관리가 불충분함

• 과열 및 영구 자석 소자

• 부적절한 모터 드라이버 매개변수 일치

• 자세 진동을 일으키는 잘못된 제어 매개변수

결론

HOLRY는 짐벌 프레임리스 모터 및 프레임리스 토크 모터의 R&D 및 제조를 전문으로 합니다.

HOLRY는 포함하여 표준 및 맞춤형 짐벌 프레임리스 모터를 모두 제공합니다 . 내부 로터 및 외부 로터 플랫 모터 시리즈를 광전자 짐벌, 로봇 손목 관절, 휴대용 외골격 및 정밀 안정화 장비와 같은 응용 분야를 위해

포괄적인 영어 기술 문서와 OEM 엔지니어링 지원을 통해 HOLRY는 프로토타입 개발부터 대량 생산에 이르기까지 전체 제품 수명주기 동안 글로벌 고객을 지원합니다..

현재 짐벌 구동 시스템용 모터를 선택하고 계시다면, HOLRY 기술팀 에 부하 조건, 사용 가능한 설치 공간, 대상 수출 시장을 문의하여 무료 모터 선택 평가를 받아보세요..