新개념 5相 STEPPING MOTOR
RKⅡ시리즈

STEPPING MOTOR는 1920년 영국에서 개발된 고정밀도의 위치결정이 가능한 제어용 모터이다. 현재 컴퓨터, 공장자동화, OA기기, 식품기계, 반도체 및 디스플레이 제조장치 등 각종 분야에 빼놓을 수 없는 모터가 되었다. 하지만 시대가 바뀌어 가면서 STEPPING MOTOR에 대한 유저의 요구도 높아지고 있다. 이 글에서는 다양한 분야에 적용되고 있는 5相 STEPPING MOTOR의 특징과 유저의 요구를 반영한 新개념 5相 STEPPING MOTOR를 소개한다.

STEPPING MOTOR란?

STEPPING MOTOR란 ROTOR에 가공된 소치와 STATOR의 인력과 반발력을 이용하여 고정된 이동량만큼 구동되는 모터이다. 분해능과 정확성이 높고 사용하기 쉬우므로 많은 분야에서 사용되고 있다.

STEPPING MOTOR의 기본 특징

1. 고정도 위치결정 운전
5相 STEPPING MOTOR의 위치결정 정확도는 ±0.05°(±3min)이다.
그림 1처럼 BALL SCREW와 조합해 사용할 경우 위치결정 정도는 ±1.4μm가 된다. 일반적인 연삭 BALL SCREW의 정도는 ±10μm이므로 이것과 비교해보면 충분히 고정도 위치결정이 가능하다.



  2. 자기 유지력
STEPPING MOTOR는 구조 및 제어 원리상 자기 유지력(HOLDING TORQUE)을 갖고 있다. 모터와 드라이버에 전원이 투입된 경우에는 자기 유지력을 가진다(그림 2 참조). 하지만 전원이 투입되어 있지 않을 때에는 유지력이 상실되므로 안전을 위해서 UP/DOWN 기구부에는 전자브레이크 타입의 제품을 사용한다.



3. OPEN LOOP SYSTEM
STEPPING MOTOR는 컨트롤러로부터 전달되는 PULSE 신호로 제어하며 모터에 전원을 공급하는 드라이버가 필요하다. 즉, 시스템 구성에는 그림 3처럼 3가지 제품이 기본적으로 들어간다.



그림 3처럼 신호의 흐름이 한 방향으로 흘러가는 시스템을 OPEN LOOP SYSTEM이라고 한다. OPEN LOOP SYSTEM을 취하면 배선이 간단하고 상위 지령에 대해 모터의 응답속도가 빨라진다.

新개념 5相 STEPPING MOTOR의 특징

STEPPING MOTOR는 많은 장점이 있는 모터이지만 사용함에 있어서 해결해야 할 과제가 아직 남아 있다. 지금부터는 이러한 부분에 대해 新개념 5相 STEPPING MOTOR가 어떻게 대응하는지 알아보겠다.

1. STEPPING은 열이 높다?
STEPPING MOTOR는 OPEN LOOP SYSTEM으로 구동되기 때문에 부하와 관계없이 최대전류를 모터에 공급한다다. 또한, 정지 상태에서도 일정 전류를 모터에 공급하기 때문에 다른 모터보다 발열량이 많다. 하지만 RK2 제품은 모터의 효율을 높여 이러한 문제를 해결했다(그림 4 참조).



RK2는 모터의 손실을 절감시켜 발열을 절감한다. 밀폐된 장비 내에서 다른 기기에 미치는 열의 영향을 줄이고, FAN 및 방열판을 이용한 발열 대책에 드는 수고와 비용을 절감할 수 있다(그림 5 참조).



2. STEPPING은 탈조 검출이 어렵다?
STEPPING MOTOR는 모터로부터 피드백되는 신호가 없기 때문에 기본적으로 탈조 검출이 어렵다. 하지만 RK2 제품은 인코더 부착 타입을 라인업하여 탈조 검출을 용이하게 했다(그림 6 참조).



RK2 드라이버는 지령 위치와 인코더 COUNTER값과의 편차를 비교해, 편차가 설정 값에 도달하면 STEP OUT 신호가 출력된다. 부하의 급격한 변화 등에 의해 위치 편차가 발생한 경우 검출이 가능하다(그림 7 참조). 편차 이상이 발생하면 ALARM과 WARNING이 발생할 수 있다.



3. STEPPING은 진동이 있다?
STEPPING MOTOR는 이름에서 알 수 있듯이 계단형태로 움직임이 발생된다. 이 때문에 저속 운전이나 HOME 복귀 운전 시 진동이 발생하는 경우가 있다. 하지만 RK2 제품은 FULL DIGITAL 제어의 드라이버를 채택하여 모터의 전 구간에서 진동이 발생하지 않게 했다(그림 8 참조).



RK2 제품은 Full Digital 제어/Full Time MICROSTEP DRIVER를 채택하여 진동 특성을 향상시켰다. 특히 그림 8에서 볼 수 있듯이 전류제어를 디지털화하여 PAM 전류 검출방식에서, 각 相 전류 검출을 PWM 제어로 변경, 각 相에 흐르는 전류를 정현파 로그가 되도록 했다. 그 결과 진동이 대폭 줄어들었다(그림 9 참조).



4. STEPPING은 드라이버의 알람이 없다?
일반적인 STEPPING MOTOR의 드라이버는 모터에 대한 이상 판단과 함께 드라이버의 이상 상태를 점검하는 기능이 배제됐다. 하지만 RK2 제품은 드라이버의 이상 상태를 판단하여 유저에게 이상 상태의 정보를 알려줄 수 있도록 보호 기능이 내장되어 있다(그림 10 참조). 드라이버에 문제가 발생하게 되면 알람 램프의 점멸 횟수로 내용을 쉽게 확인할 수 있다.



5. STEPPING는 노이즈에 취약하다?
STEPPING MOTOR의 드라이버와 컨트롤러 사이는 펄스신호를 이용하여 위치값과 속도정보를 전달한다. 하지만 5V 레벨의 전압을 이용하여 신호가 전달되기 때문에 외부 노이즈로 오동작할 가능성이 있다.
RK2 시리즈는 드라이버와 컨트롤러가 일체형인 제품을 라인업하여 이러한 약점을 해결했다(그림 11 참조).



드라이버와 컨트롤러 일체형 제품은 두 유닛 간의 배선이 없기 때문에 노이즈의 영향을 받을 가능성이 거의 없다. 또한, 컨트롤러의 기능이 드라이버에 포함되어있으므로 상위 제어기(PLC, PC)에서는 단순 I/O 제어만으로 위치제어를 실현할 수 있다(그림 12 참조).



요약

STEPPING MOTOR는 과거부터 현재까지 자동화 생산장비 시스템에 신뢰성 높게 적용됐다. 그리고 이러한 모터에 더욱 발전된 기술을 적용하여 발열이 적은 모터, 탈조 걱정 없이 안정적으로 사용할 수 있는 모터, 노이즈에 강하고 보호 기능이 포함된 모터를 개발했다. 앞으로도 STEPPING MOTOR는 산업 자동화 설비에 사용하기 쉽고 안정적인 모터로 다가갈 것이다.

문의 전화 : 080-777-2042(代)

인아오리엔탈모터 기술연구소