모터 (MOTOR)

모터에 대한 이해의 깊이를 더하고자 공부를 해 본다. AOI 등에 사용하는 모션의 경우 전장에서 ACS, PMAC 컨트롤러에 배선을 꾸미고 제어는 ACS, PMAC등에 통신으로 연결하여 모션을 제어하게 된다. 

ACS, PMAC의 경우는 PC와 EtherNet으로 연결하여 명령을 주고받아 모션을 제어하게 된다. 모터에 감속기를 연결하고 필요한 구동부를 움직이게 된다. 제어에서는 수치로만 명령하기 때문에 실제 물리적인 부분을 깊숙하게 이해하지는 못한다.

이참에 모터에 대해 대략 알고 있는던 것들에 대해 이해를 깊게 하고자 다음과 같이 자료를 확보하고 실제 모터를 구동하여 차후 모션에 대한 이해를 한층 높이고자 한다.   

 

우선 기본적인 자료 조사를 시작한다. 아래는 모터에 대해 아주 잘 설명한 페이지들이다.

모터의 이해
https://blog.naver.com/roboholic84/222380357859

모터의 구동원리
https://blog.naver.com/paynoh/221888262974

서보모터의 이론
https://tech.onepredict.ai/db560ae9-6eeb-462e-9bb3-683f10536db1

서보모터의 이해
https://rasino.tistory.com/140

STEPPING MOTOR에 대하여 아주 잘 설명한 페이지
https://m.blog.naver.com/ina_om/220638010395

STEPPING MOTOR 이해
https://m2plus.tistory.com/entry/%EC%8A%A4%ED%85%8C%ED%95%91-%EB%AA%A8%ED%84%B0-Stepping-Motor-%EC%A0%95%EB%B3%B4-%ED%8A%B9%EC%A7%95%ED%8A%B9%EC%84%B1%EC%A2%85%EB%A5%98

BLDC 모터의 원리
https://c0mp.tistory.com/956

 

 

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여기는 내가 공부하기 위하여 테스트해본 내용을 기술한다. 5 Volt용 DC 모터와 2상 BLDC 모터에 대해 설명한다. 추후 여건이 되면 온보드용 커미조아 혹은 EzServo 같은 좀 구성하기 쉬운 앰프와 모터를 사용하여 설명해 보겠다.

 

5 Volt용 DC Motor 분해사진

 

브러쉬(구리판)를 통해 전력을 코일에 전달한다.

 

5 Volt만 인가해 주면 회전을 한다. 전원을 반대로 연결하면 반대 방향으로 회전한다. 간단하게 구성이 가능하고 단순하여 널리 사용된다.  

DC MOTOR

 

DC Motor의 속도를 제어하기 위해서는 PWM 방식의 모터 컨트롤러를 사용하게 되며 전원을 On/Off 하는 비율(ratio)을 조절하여 속도를 제어하게 된다. 용어에 대해서는 전문가의 잘 정리된 아래 페이지를 참고하시라.
https://m.blog.naver.com/ycpiglet/222151383116

DC Motor with PWM

 

아래는 PWM 모터 컨트롤러를 이용하여 모터의 속도를 제어하는 모습니다. Duty cycle의 변화를 볼 수 있다. 최대 속도로 구동하면 100%가 나오며 낮아질수록 속도를 저하하게 된다. 아래와 같은 구성에서는 duty cycle이 대략 27% 이하로 떨어지면 회전을 멈추게 된다. 

Duty cycle 86.5%

 

Duty cycle 31.8%

 

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모터의 동작 원리는 아래 팜테크 사이트에 잘 정리되어 있어 참고하시고......
https://famtech.tistory.com/10

우리가 아는 모터 즉 Brushed motor는 전기만 가해주면 회전을 한다. 브러시 모터의 단점은 전극의 접촉으로 구동하기 때문에 소음과 발열 그리고 내구성등 많은 단점이 있다.

이를 개선하여 개발된 모터가 BLDC이다. 아래 사이트에는 BLDC에 대한 아주 자세한 설명이 있다. BLDC는 비접촉으로 많은 장점이 있다. 하지만 장점이 많은 만큼 고가에 ESC(Electronic Speed Controller)가 반드시 있어야 한다.
https://c0mp.tistory.com/956

아래 사진은 ESC를 이용한 BLDC 모터 제어 테스트 이미지이다. 선형 엑추에이터를 사용하여 모터를 일정 시간 회전 후 반대로 일정시간 회전하여 구간을 반복하는 구조이다. 2상 4선 BLDC 모터가 달린 Ass'y를 A4988 스테핑 모터 드라이버를 이용하여 아두이노로 제어하였다. 

 

BLDC 모터와 ESC

 

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설비에서는 주로 서보 모터를 사용한다. 초 정밀 제어에는 서보 모터를 사용하고 보조 장치는 스테핑 모터를 사용하기도 한다. 광학 설비에서는 마이크로 단위로 제어가 가능한 모션을 사용한다. PMAC, ACS를 이용하여 스테이지를 제어한다. 

 

PMAC

 

파나소닉이 제안하는 모션 제어 시스템 구성도(출처:파나소닉 홈페이지)