BLDC 모터 선택 방법: 완벽한 선정 가이드

 BLDC 모터 선정은 왜 중요한가?

로봇, 로봇 팔, 자동화 장비, 드론 및 스마트 제조 시스템에서 모터는 장비의 동작 성능을 결정하는 핵심 부품입니다.

많은 엔지니어가 BLDC 모터를 선정할 때 다음과 같은 유사한 질문에 직면합니다.

• 부하 요구 사항을 충족하려면 어느 정도의 토크가 필요한가?

• KV 값은 어떻게 선택해야 하는가?

• 모터 속도가 애플리케이션 요구 사항을 충족하는가?

• 기어박스가 필요한가?

• 엔코더의 정확도가 충분한가?

• 무게, 크기 및 성능 사이에서 어떻게 균형을 맞출 수 있는가?

적합한 BLDC 모터를 선택하는 것은 단순히 출력이나 최대 속도를 비교하는 문제가 아닙니다. 대신 애플리케이션 요구 사항, 부하 조건 및 시스템 제어 요구 사항을 종합적으로 고려해야 합니다.

일반적인 회전 장비의 경우 속도와 출력이 주요 고려 사항일 수 있지만, 로봇 관절, 로봇 팔 및 전동 액추에이터와 같은 고성능 모션 시스템에서는 엔지니어가 일반적으로 다음 항목에 더 많은 관심을 기울입니다.

• 높은 토크 출력

• 높은 토크 밀도

• 빠른 동적 응답

• 정밀한 위치 제어

• 경량 설계

• 장기간 안정적인 작동

따라서 적합한 BLDC 모터를 선택하는 것은 전체 모션 시스템의 성능과 신뢰성을 보장하는 데 매우 중요합니다.

BLDC 모터란 무엇인가?

BLDC 모터 또는 브러시리스 DC 모터는 기존의 기계식 정류 대신 전자식 정류를 사용하는 영구자석 동기 모터입니다.

기존의 브러시 모터는 브러시와 정류자를 사용하여 전류의 방향을 변경하는 반면, BLDC 모터는 전자 컨트롤러를 사용하여 전류의 스위칭을 제어하고 로터의 정밀한 모션 제어를 실현합니다.

완전한 BLDC 모터 시스템은 일반적으로 다음을 포함합니다.

• 모터 본체

• 영구자석 로터

• 스테이터 권선

• 드라이버

• 위치 센서 또는 엔코더

기계식 브러시가 제거되기 때문에 BLDC 모터는 다음과 같은 장점을 갖습니다.

1. 더 높은 효율

기계적 마찰 손실을 줄이면 에너지 변환 효율이 향상되므로 BLDC 모터는 장시간 작동하는 장비에 적합합니다.

2. 더 긴 수명

브러시 마모 문제가 없기 때문에 유지보수 요구 사항을 줄일 수 있습니다.

3. 더 높은 동적 성능

BLDC 모터는 빠른 기동, 가속 및 정밀한 모션 제어를 실현할 수 있습니다.

4. 로봇 애플리케이션에 더욱 적합

엔코더, 기어박스 및 제어 시스템과 결합하면 고성능 모션 솔루션을 구성할 수 있습니다.

따라서 BLDC 모터는 현대 로봇 및 자동화 시스템에서 중요한 동력 부품이 되었습니다.

BLDC 모터의 토크 밀도란 무엇인가?

로봇, 외골격 및 휴머노이드 로봇에서는 최대 토크만을 고려하는 것만으로는 충분하지 않습니다.

이는 로봇이 일반적으로 다음을 요구하기 때문입니다.

• 더 낮은 무게

• 더 작은 설치 공간

• 더 높은 출력 능력

따라서 토크 밀도는 모터 성능을 평가하는 중요한 지표가 되었습니다.

계산 공식:

토크 밀도 = 출력 토크 ÷ 모터 무게

단위:

Nm/kg

예를 들어:

두 모터가 모두 10Nm의 토크를 출력할 수 있다고 가정합니다.

• 모터 A의 무게는 1kg

토크 밀도:

10Nm/kg

• 모터 B의 무게는 0.5kg

토크 밀도:

20Nm/kg

로봇 관절의 경우 더 높은 토크 밀도는 다음을 의미합니다.

• 더 가벼운 기계 구조

• 더 낮은 운동 관성

• 더 빠른 동적 응답

• 더 높은 에너지 효율

따라서 높은 토크 밀도를 갖는 BLDC 모터는 로봇 분야에서 점점 더 많은 관심을 받고 있습니다.

BLDC 모터를 선택할 때 어떤 파라미터를 고려해야 하는가?

BLDC 모터를 선택할 때 다음과 같은 핵심 파라미터에 특히 주의를 기울여야 합니다.

로봇 및 모션 제어 애플리케이션의 경우 일반적으로 가장 중요한 파라미터는 다음과 같습니다.

• 토크

• 속도

• KV 값

• 토크 밀도

• 엔코더 정확도

• 열 성능

요구 사항에 따라 BLDC 모터를 어떻게 선택하는가?

애플리케이션 요구 사항 분석을 완료한 후 다음 단계는 실제 작동 조건에 따라 적절한 BLDC 모터 파라미터를 선택하는 것입니다.

실제 선정 과정에서 가장 중요한 단계는 다음과 같습니다.

1. 먼저 필요한 토크를 결정합니다

토크는 BLDC 모터 선정에서 가장 중요한 파라미터 중 하나입니다.

토크는 모터가 목표 부하를 구동할 수 있는지를 결정합니다.

회전 시스템의 기본 토크 계산 공식은 다음과 같습니다.

T = F × r

여기서:

• T: 필요한 토크 (Nm)

• F: 부하에 의해 발생하는 힘 (N)

• r: 회전 반경 (m)

예를 들어:

한 로봇 팔이 5kg의 하중을 운반해야 하며 로봇 팔의 길이가 0.3m라고 가정합니다.

하중에 의해 발생하는 중력:

F = 5 × 9.81 ≈ 49N

필요한 정적 토크:

T = 49 × 0.3

≈ 14.7Nm

그러나 실제 로봇 애플리케이션에서는 이 값을 기준으로 모터를 직접 선택할 수 없습니다.

이는 시스템이 다음과 같은 요소의 영향을 받기 때문입니다.

• 가속 관성

• 마찰 저항

• 부하 변화

• 외부 충격

• 자세 변화

및 동작 중 발생하는 기타 요인들 때문입니다.

따라서 실제 모터 선정 과정에서는 일반적으로 안전 여유를 적용해야 합니다.

모터 정격 토크 ≥ 실제 부하 토크 × 안전 계수

안전 계수는 일반적으로 애플리케이션 요구 사항에 따라 결정됩니다.

로봇 관절에서는 단순히 정적 부하 요구 사항을 충족하는 것보다 동적 성능이 일반적으로 더 중요합니다.

2. 연속 토크와 피크 토크의 차이점은 무엇인가?

이는 BLDC 모터를 선택할 때 쉽게 간과되는 문제입니다.

많은 엔지니어가 제품에 표시된 최대 토크에만 집중하지만, 피크 토크는 모터의 장기적인 출력 능력을 나타내지 않습니다.

연속 토크

연속 토크는 모터가 장시간 안정적으로 출력할 수 있는 토크를 의미합니다.

다음과 같은 용도에 적합합니다.

• 장시간 작동하는 장비

• AGV 이동 로봇

• 자동화 장비

• 로봇 자세 유지

예를 들어:

로봇 팔이 장시간 일정한 위치를 유지해야 하며 부하를 유지하기 위해 연속 토크에 의존하는 경우입니다.

피크 토크

피크 토크는 모터가 짧은 시간 동안 도달할 수 있는 최대 출력 능력을 의미합니다.

다음과 같은 용도에 적합합니다.

• 빠른 가속

• 순간적인 부하 변화

• 고동적 로봇 동작

예를 들어:

로봇 관절:

일반적인 부하 유지에는 다음이 필요합니다.

10Nm

빠른 동작에는 다음이 필요할 수 있습니다.

20Nm

따라서 모터는 다음 두 가지를 모두 충족해야 합니다.

• 충분한 연속 토크

• 충분한 피크 토크

따라서 BLDC 모터를 선택할 때 최대 피크 토크만 확인해서는 안 됩니다. 다음 항목도 고려해야 합니다.

• 듀티 사이클

• 부하 변화

• 동작 속도

• 방열 조건

종합적인 평가를 위해서입니다.

3.  BLDC 모터 속도를 어떻게 결정하는가?

토크를 결정한 후에는 장비의 동작 요구 사항에 따라 모터 속도를 결정해야 합니다.

애플리케이션마다 RPM(속도)에 대한 요구 사항이 다릅니다.

모터를 직접 구동하는 경우

모터가 부하에 직접 연결되어 있다면 목표 동작 속도에 따라 RPM을 계산해야 합니다.

예를 들어:

한 회전 메커니즘에 다음이 필요하다고 가정합니다.

60 RPM

그러면 모터 출력 속도는 다음에 가까워야 합니다.

60 RPM

기어박스를 사용하는 경우:

로봇 시스템에서는 BLDC 모터가 일반적으로 기어박스와 함께 사용됩니다.

기어박스는 출력 속도를 낮추는 동시에 출력 토크를 증가시킵니다.

출력 속도 = 모터 속도 ÷ 기어비

예를 들어:

모터가 6000 RPM으로 작동하고 기어비가 30:1인 경우:

출력 속도 = 6000 ÷ 30

= 200 RPM

출력 토크 ≈ 모터 토크 × 기어비 × 효율

예를 들어:

모터 토크가 1 Nm이고 기어비가 30:1인 경우:

이론적 출력 토크 = 1 × 30

= 30 Nm

실제 값은 기어박스 효율 손실을 고려해야 합니다.

BLDC 모터의 KV 값은 무엇을 의미하는가?

KV는 모터 선정에서 중요한 파라미터입니다.

이는 1V당 이론적인 무부하 속도 증가량을 의미하며 RPM/V로 표시됩니다.

이론적 속도 ≈ KV × 전압

예를 들어:

100 KV 모터를 24V에서 사용하는 경우:

100 × 24 = 2400 RPM

실제 속도는 일반적으로 부하, 효율, 전압 강하, 제어 방식 및 마찰 손실 등의 요인으로 인해 더 낮습니다.

고 KV와 저 KV:

고 KV:

더 높은 속도를 제공하며 고속 애플리케이션에 적합하고 상대적으로 낮은 토크를 갖습니다. 일반적으로 드론, 고속 팬 및 고속 회전 장비에 사용됩니다.

저 KV:

더 낮은 속도와 단위 전류당 더 높은 토크를 제공하므로 부하 구동에 더욱 적합합니다. 일반적으로 로봇 관절, 짐벌, 전동 액추에이터 및 로봇 팔에 사용됩니다.

로봇 애플리케이션에서는 일반적으로 높은 토크, 높은 제어 정밀도 및 낮은 관성에 더 많은 관심을 기울입니다. 따라서 저 KV, 고토크 BLDC 모터가 로봇 애플리케이션에 더 적합한 경우가 많습니다.

BLDC 모터의 작동 전압은 어떻게 선택하는가?

전압은 시스템 전원 공급 장치와 일치해야 합니다.

일반적인 전압 옵션에는 12V, 24V, 36V, 48V 및 그 이상의 전압 솔루션이 포함됩니다.

전원 시스템과의 호환성을 고려해야 합니다.

예를 들어:

로봇 시스템이 48V 배터리를 사용하는 경우 모터, 드라이버 및 제어 시스템은 해당 48V 전압 범위를 지원해야 합니다.

전류 요구 사항은 다음과 같이 계산할 수 있습니다.

P = V × I

여기서:

• P: 출력 (W)

• V: 전압 (V)

• I: 전류 (A)

동일한 출력 수준에서는 더 높은 전압을 사용할수록 더 낮은 전류가 필요합니다.

예를 들어:

480W 시스템:

24V에서:

I = 480 ÷ 24 = 20A

48V에서:

I = 480 ÷ 48 = 10A

더 높은 전압의 장점:

• 더 낮은 배선 손실

• 더 적은 발열

• 더 높은 효율

• 장시간 작동 시 더 나은 성능

따라서 24V 및 48V 시스템은 로봇, AGV 및 산업 자동화에서 점점 더 일반적으로 사용되고 있습니다.

기어박스와 엔코더가 필요한가?

많은 로봇 및 자동화 애플리케이션에서는 BLDC 모터를 기어박스, 엔코더 및 드라이버와 결합하여 완전한 모션 액추에이터 시스템을 구성합니다.

이는 로봇 관절, 로봇 팔, 외골격 로봇 및 휴머노이드 로봇에서 특히 일반적입니다.

단일 BLDC 모터만으로는 일반적으로 다음의 모든 요구 사항을 동시에 충족하기 어렵습니다.

• 높은 토크

• 낮은 속도

• 높은 정밀도

• 컴팩트한 크기

따라서 원하는 모션 성능을 구현하기 위해 기어박스와 엔코더가 필요한 경우가 많습니다.

기어박스는 출력 토크를 증가시키고 출력 속도를 낮출 수 있으며, 엔코더는 정밀한 모션 제어를 위한 위치 피드백을 제공합니다.

이러한 조합을 통해 BLDC 모터를 더욱 다양한 고성능 모션 애플리케이션에 사용할 수 있습니다.

• 높은 토크

• 낮은 속도

• 고정밀 제어

따라서 기어박스와 피드백 시스템을 추가로 구성해야 합니다.

1. BLDC 모터에는 왜 기어박스가 필요한가?

BLDC 모터는 일반적으로 비교적 높은 속도로 작동하는 반면, 실제 로봇 관절에는 다음이 필요합니다.

• 저속 동작

• 높은 출력 토크

• 정밀한 제어

기어박스의 주요 기능은 다음과 같습니다.

1.  출력 속도 감소

예를 들어:

모터:

6000 RPM

기어비:

50:1

출력:

약 120 RPM

2.  출력 토크 증가

기어박스는 고속, 저토크 입력을 저속, 고토크 출력으로 변환할 수 있습니다.

예를 들어:

모터 출력:

2Nm

기어비:

50:1

이론적 출력:

약 100Nm

실제 값은 다음 사항을 고려해야 합니다.

• 기어박스 효율

• 마찰 손실

• 작동 온도 상승

3.  부하 용량 증가

로봇 관절에서 기어박스는 모터가 더 큰 기계적 부하를 구동하는 데 도움을 줄 수 있습니다.

일반적인 애플리케이션:

• 산업용 로봇

• 협동 로봇

• 휴머노이드 로봇

• 외골격 장비

2. BLDC 모터에는 왜 엔코더가 필요한가?

엔코더는 모션 제어 시스템에서 중요한 피드백 부품입니다.

엔코더는 다음을 감지할 수 있습니다.

• 모터 로터 위치

• 속도 변화

• 출력 각도

실시간 피드백을 통해 컨트롤러는 모터의 동작을 더욱 정밀하게 조정할 수 있습니다.

엔코더의 주요 기능은 다음과 같습니다.

1.  위치 제어 정확도 향상

예를 들어:

로봇 팔이 지정된 각도로 정확하게 이동해야 하는 경우입니다.

엔코더는 현재 위치에 대한 실시간 피드백을 제공하여 제어 시스템이 폐루프 제어를 수행할 수 있도록 합니다.

2.  모션 안정성 향상

엔코더가 없으면 시스템은 모터의 실제 위치를 정확하게 판단할 수 없습니다.

다음과 같은 문제가 발생할 수 있습니다.

• 위치 오차

• 스텝 손실

• 불안정한 제어

3.  동적 응답 향상

고속 동작과 빠른 기동 및 정지 과정에서 엔코더 피드백은 제어 시스템이 신속하게 조정할 수 있도록 지원합니다.

완전한 BLDC 모터 선정 프로세스

합리적인 BLDC 모터 선정 프로세스에는 일반적으로 다음이 포함됩니다.

애플리케이션 요구 사항 정의

↓

부하 토크 계산

↓

목표 속도 결정

↓

KV 값 및 작동 전압 선택

↓

출력 요구 사항 평가

↓

기어박스 및 엔코더 매칭

↓

크기, 무게 및 열 성능 검증

CubeMars의 실제 BLDC 모터 선정 사례

BLDC 모터 선정은 궁극적으로 실제 애플리케이션 시나리오로 돌아가야 합니다. 서로 다른 로봇 플랫폼은 서로 다른 모터 요구 사항을 가지고 있습니다. 로봇 팔은 위치 제어 및 힘 제어 성능에 더 중점을 두고, 보행 로봇은 동적 응답과 토크 밀도에 더 중점을 두며, 화성 탐사 로버와 같은 모바일 로봇은 출력 토크, 부하 용량 및 복잡한 환경에서의 안정적인 작동 사이의 균형을 맞춰야 합니다.

3축 로봇 팔 — QDD 액추에이터 및 양방향 제어

3축 로봇 팔 프로젝트에서 개발자는 CubeMars AK45 V3.0 QDD 액추에이터에 대한 실제 테스트를 진행하고 AK45-10 V3.0 KV75 및 AK45-36 V3.0 KV80을 사용하여 양방향 제어 시스템을 구축했습니다.

이 사례의 초점은 단순히 모터의 최대 토크를 비교하는 것이 아니라 실제 로봇 관절에서 액추에이터의 백드라이버빌리티, 힘 제어 능력, 위치 피드백 및 동적 응답을 테스트하는 것이었습니다.

CubeMars AK45 V3.0은 듀얼 엔코더 설계를 채택하여 모터 측과 출력 측의 위치 정보를 동시에 얻을 수 있습니다. 모터 측 엔코더는 로터 위치 피드백에 사용되고, 출력 측 엔코더는 기어박스 출력 샤프트의 위치를 직접 감지하여 로봇 관절의 위치 피드백 능력을 향상시킵니다.

테스트에서 AK45-10 V3.0 KV75는 10:1 기어비를 사용하고, AK45-36 V3.0 KV80은 36:1 기어비를 사용합니다. 낮은 기어비는 AK45-10에 더 나은 백드라이버빌리티를 제공하여 순응형 동작과 힘 제어가 필요한 로봇 애플리케이션에 더 적합하게 만들며, 높은 기어비는 더 큰 출력 토크를 제공할 수 있어 부하 용량과 위치 유지에 중점을 두는 애플리케이션에 더 적합합니다.

이 사례는 또한 3축 양방향 제어를 보여줍니다. 작업자는 마스터 측 장치를 통해 로봇의 슬레이브 측을 제어하고 실시간 힘 피드백을 받습니다. 이는 로봇 팔 및 인간-로봇 상호작용 로봇에서 모터 선정 시 토크와 속도뿐만 아니라 다음 항목에도 주의를 기울여야 한다는 것을 보여줍니다.

• 백드라이버빌리티

• 토크 제어 능력

• 엔코더 피드백

• 제어 응답 속도

• 통신 지연 시간

• 기어비

선정 포인트: 로봇 관절 요구사항에 따른 다양한 감속비

AK45-10과 AK45-36의 테스트 결과는 QDD 액추에이터를 선정할 때 최대 토크만 고려해서는 안 된다는 것을 보여줍니다. 로봇 관절의 구체적인 요구사항인 백드라이버빌리티, 출력 토크, 동작의 유연성 및 위치 제어 등을 함께 고려해야 합니다.

보다 자연스러운 관절 움직임, 높은 백드라이버빌리티, 힘 제어 및 인간-로봇 상호작용이 필요한 애플리케이션에서는 낮은 감속비를 적용하면 보다 직접적인 힘 전달과 우수한 백드라이빙 특성을 구현할 수 있습니다. 반면, 더 높은 출력 토크, 높은 하중 용량 및 안정적인 위치 유지 성능이 필요한 관절에서는 부하 요구사항에 따라 더 높은 감속비의 구성을 고려할 수 있습니다.

따라서 BLDC 모터 또는 QDD 액추에이터를 선정할 때는 최대 토크만을 기준으로 감속비를 결정하기보다는 로봇의 부하, 작동 속도, 관절의 유연성, 힘 제어 요구사항 및 위치 제어 정밀도를 종합적으로 고려하여 적절한 감속비를 결정하는 것이 중요합니다.

DIY 보행 로봇 — 동적 동작을 위한 BLDC 모터 선정

고정된 기계 장비와 비교하면 보행 로봇은 더 복잡한 모터 요구 사항을 가지고 있습니다. 로봇이 걷고, 점프하고, 방향을 전환하고, 자세를 조정할 때 관절은 지속적으로 가속, 감속 및 방향 전환을 수행합니다. 따라서 모터는 충분한 토크를 제공해야 할 뿐만 아니라 우수한 동적 응답 능력도 갖추어야 합니다.

보행 로봇의 경우 BLDC 모터를 선택할 때 다음 요소에 특히 주의를 기울이는 것이 좋습니다.

• 피크 토크

• 연속 토크

• 토크 밀도

• 모터 무게

• 백드라이버빌리티

• 응답 속도

• 관절 치수

특히 모터 자체의 무게는 로봇 전체의 운동 관성에 직접적인 영향을 줍니다. 따라서 단순히 "고토크 모터"를 선택하는 것만으로는 충분하지 않으며 토크와 무게 사이의 균형을 맞춰야 합니다.

CubeMars QDD 액추에이터는 비교적 낮은 기어비 설계를 채택하여 출력 능력, 동적 응답 및 백드라이버빌리티 사이의 균형을 유지하며, 빠른 관절 동작이 필요한 로봇 플랫폼에 적합합니다. CubeMars 공식 자료에서도 QDD 액추에이터를 보행 로봇과 같은 고동적 애플리케이션에 적합한 제품으로 소개하고 있습니다.

보행 로봇의 경우 서로 다른 관절에 가해지는 부하도 다릅니다. 예를 들어 고관절, 무릎 및 발목 관절은 크게 다른 토크와 동작 패턴을 경험할 수 있습니다. 따라서 실제 선정 과정에서는 로봇 전체에 동일한 사양을 적용하는 것이 아니라 각 관절의 위치, 동작 방향, 부하 및 동작 빈도에 따라 별도로 계산해야 합니다.

선정 인사이트:

보행 로봇의 경우 BLDC 모터 선정 시 높은 토크 밀도, 낮은 무게, 빠른 응답 및 우수한 백드라이버빌리티를 우선적으로 고려해야 하며, 실제 각 관절의 부하에 따라 모터 사양을 별도로 결정해야 합니다.

화성 탐사 로버 — 복잡한 지형을 위한 모터 선정

화성 탐사 로버 프로젝트입니다. 로봇 팔 및 보행 로봇과 비교하면 화성 탐사 로버는 전형적인 모바일 로봇이며, 실제 이동 과정에서 모터가 지속적인 동력 출력을 제공해야 합니다.

화성 탐사 로버는 다음과 같은 상황에 대응해야 할 수 있습니다.

• 평탄하지 않은 지형

• 경사면

• 서로 다른 노면 저항

• 빈번한 기동 및 정지

• 장시간 작동

따라서 이러한 유형의 애플리케이션을 위한 BLDC 모터를 선택할 때는 출력 토크, 속도, 연속 작동 능력, 시스템 효율 및 신뢰성에 특히 주의를 기울여야 합니다.

모바일 로봇의 경우 모터가 단순히 피크 토크를 추구해서는 안 됩니다. 더 중요한 것은 실제 작동 사이클 전체에서 모터가 충분한 출력 능력을 지속적으로 제공할 수 있도록 하는 것입니다.

따라서 화성 탐사 로버용 모터를 선택할 때 다음과 같은 접근 방식을 사용할 수 있습니다.

1단계: 차량에 필요한 구동력을 계산합니다.

차량의 총 중량, 휠 반경, 경사도 및 노면 저항에 따라 필요한 구동력을 계산합니다.

2단계: 휠에 필요한 토크를 계산합니다.

구동력과 휠 반경에 따라 모터 출력에 필요한 토크를 결정합니다.

3단계: 목표 차량 속도를 결정합니다.

휠 직경과 목표 주행 속도에 따라 출력 속도를 결정합니다.

4단계: 기어비를 결정합니다.

BLDC 모터 자체의 속도가 상대적으로 높은 경우 감속 메커니즘을 사용하여 출력 속도를 낮추고 출력 토크를 증가시킬 수 있습니다.

5단계: 연속 작동 능력을 검증합니다.

피크 토크 외에도 연속 토크, 온도 상승 및 장시간 작동 시 안정성도 확인해야 합니다.

CubeMars의 로봇 액추에이터 애플리케이션은 모바일 로봇 및 화성 탐사 로버와 같은 시나리오도 포함합니다. CubeMars 공식 자료에 따르면 Toronto MetRobotics 의 한 프로젝트는 복잡한 화성 시뮬레이션 환경에서 불규칙한 지형을 주행하고 로봇 팔 작업을 수행해야 했으며, 이에 따라 액추에이터 제어 정확도, 응답 속도 및 안정성에 대한 종합적인 요구 사항이 발생했습니다.

선정 인사이트:

화성 탐사 로버와 같은 모바일 로봇의 경우 모터 선정은 개별 모터의 파라미터에만 집중하는 것이 아니라 전체 차량 시스템에서 시작해야 합니다. 부하, 차량 속도, 휠 크기, 기어비, 연속 작동 시간 및 작동 환경을 종합적으로 고려해야 합니다.

다양한 애플리케이션에 적합한 BLDC 모터는 어떻게 선택하는가?

BLDC 모터 파라미터의 우선순위는 애플리케이션마다 다릅니다.

1.  로봇 관절

로봇 관절에는 일반적으로 다음이 필요합니다.

• 높은 토크

• 높은 토크 밀도

• 낮은 관성

• 고정밀 피드백

• 빠른 응답

주요 고려 사항:

권장 방향:

저 KV, 고토크 BLDC 모터 + 고정밀 엔코더 + 기어박스.

2.  로봇 팔

로봇 팔은 다음 요소 사이의 균형을 맞춰야 합니다.

• 부하 용량

• 위치 정확도

• 동적 성능

주요 고려 사항:

• 연속 토크

• 피크 토크

• 위치 피드백 정확도

• 모션 부드러움

협동 로봇의 경우 다음 요소도 고려해야 합니다.

• 낮은 소음

• 낮은 진동

• 안전성

3.  드론

드론 애플리케이션은 일반적으로 다음 요소에 더 중점을 둡니다.

• 무게

• 효율

• 속도

주요 파라미터:

• 높은 KV

• 높은 효율

• 경량 설계

로봇 관절과 달리 드론은 고속 회전 성능에 더 크게 의존합니다.

4.  짐벌

짐벌은 주로 다음을 필요로 합니다.

• 안정성

• 빠른 응답

• 정밀한 제어

주요 고려 사항:

• 낮은 관성

• 낮은 코깅 토크 (Cogging Torque)

• 부드러운 작동

• 엔코더 정확도

5.  AGV 이동 로봇

AGV는 일반적으로 다음에 중점을 둡니다.

• 출력 토크

• 작동 효율

• 장기적인 신뢰성

주요 파라미터:

• 연속 토크

• 방열 능력

• 모터 수명

• 시스템 효율

BLDC 모터 선정에서 흔히 발생하는 실수

실수 1: 최대 토크만 확인하는 것

많은 사용자가 다음 질문을 우선시합니다.

"최대 피크 토크가 얼마인가?"

그러나 피크 토크는 단기적인 출력 능력만을 나타냅니다.

실제 선정에서는 다음 모든 요소를 고려해야 합니다.

• 연속 토크

• 피크 토크

• 듀티 사이클

• 방열 조건

실수 2: 더 높은 KV 값이 항상 더 좋다고 가정하는 것

더 높은 KV 값이 모터의 성능이 더 좋다는 것을 의미하지는 않습니다.

높은 KV:

장점:

• 더 높은 속도

단점:

• 상대적으로 낮은 토크

낮은 KV:

장점:

• 더 강한 토크 능력

• 부하 애플리케이션에 더 적합

올바른 선정 방법:

다음을 기준으로 합니다.

• 속도 요구 사항

• 부하 크기

• 전압 조건

종합적으로 평가해야 합니다.

실수 3: 드라이버 호환성을 무시하는 것

BLDC 모터는 독립적으로 작동하지 않습니다.

완전한 시스템은 다음 항목이 서로 일치해야 합니다.

• 모터

• 드라이버

• 전원 공급 장치

• 제어 시스템

구동 능력이 충분하지 않다면 아무리 우수한 모터라도 실제 성능을 발휘할 수 없습니다.

실수 4: 열 설계를 무시하는 것

장시간 고부하 작동 중에는 온도 상승이 다음에 영향을 줍니다.

• 모터 효율

• 출력 능력

• 수명

따라서 다음 요소를 고려해야 합니다.

• 작동 시간

• 주변 온도

• 부하율

• 방열 구조

  
  

CubeMars BLDC 모터 솔루션

로봇, 로봇 팔 및 전동 액추에이터와 같은 고성능 애플리케이션을 위해 CubeMars는 다양한 요구 사항을 충족하는 모션 제어 솔루션을 제공합니다.

여기에는 다음이 포함됩니다.

• 프레임리스 토크 모터

• 통합형 액추에이터

• 고정밀 엔코더 솔루션

• 로봇 관절 동력 시스템

로봇 애플리케이션에서 엔지니어는 모터뿐만 아니라 완전한 모션 시스템을 선택해야 합니다.

우수한 로봇 동력 솔루션은 다음을 동시에 제공해야 합니다.

• 높은 토크 밀도

• 컴팩트한 크기

• 빠른 동적 응답

• 정밀한 제어

• 장기간 신뢰성 있는 작동

요약

적합한 BLDC 모터를 선택하는 것은 단순히 가장 높은 출력, 가장 높은 속도 또는 가장 높은 토크를 가진 모델을 찾는 것이 아닙니다. 대신 특정 애플리케이션 요구 사항에 따라 성능, 크기, 효율 및 제어 정확도 사이에서 최적의 균형을 찾는 것이 목표입니다.

실제 선정 과정에서 엔지니어는 먼저 장비의 모션 요구 사항을 정의해야 하며, 여기에는 다음이 포함됩니다.

• 부하 크기

• 목표 속도

• 작동 시간

• 작동 환경

• 설치 공간

• 제어 정확도 요구 사항

그런 다음 이러한 조건에 따라 핵심 모터 파라미터를 결정합니다.

토크는 모터가 부하를 구동할 수 있는지를 결정하고, 속도는 동작 효율을 결정하며, KV 값은 모터의 속도 특성에 영향을 주고, 전압은 시스템 호환성을 결정하며, 출력은 전체 출력 능력을 결정합니다.

일반적인 회전 장비의 경우 적합한 BLDC 모터를 선택하는 과정에서 주로 속도와 출력만 고려하면 될 수 있습니다. 그러나 로봇, 로봇 팔, 외골격 및 지능형 액추에이터와 같은 고성능 애플리케이션에서는 이러한 파라미터에만 집중하는 것으로는 충분하지 않습니다.

이러한 애플리케이션에서는 일반적으로 다음 사항도 고려해야 합니다.

• 더 작은 패키지에서 더 강한 출력을 제공하기 위한 높은 토크 밀도

• 더 빠른 동적 응답을 위한 저관성 설계

• 정확한 위치 피드백을 위한 고정밀 엔코더

• 향상된 모션 안정성을 위한 낮은 소음 및 낮은 진동

• 장기간 안정적인 작동을 위한 우수한 방열 능력

• 모터, 기어박스 및 드라이버 간의 종합적인 매칭

특히 로봇 분야에서 BLDC 모터는 일반적으로 독립적으로 작동하는 것이 아니라 완전한 모션 시스템의 일부로 사용되며, 기어박스, 엔코더 및 컨트롤러가 함께 고성능 액추에이터를 구성합니다. 따라서 로봇용 모터를 선택할 때는 개별 모터 파라미터만 단순히 비교하는 것이 아니라 전체 시스템을 평가해야 합니다.

올바른 BLDC 모터 선정 프로세스는 다음과 같아야 합니다.

애플리케이션 요구 사항 정의 → 부하 토크 계산 → 작동 속도 결정 → 전압 및 KV 값 선택 → 출력 요구 사항 평가 → 기어박스 및 엔코더 매칭 → 크기, 무게 및 방열 성능 확인.

과학적인 선정 방법을 통해 모터 성능 부족, 낮은 효율, 과도한 온도 상승 또는 부적절한 시스템 매칭과 같은 문제를 방지하는 동시에 장비의 신뢰성과 수명을 향상시킬 수 있습니다.

로봇 및 자동화 기술이 지속적으로 발전함에 따라 BLDC 모터는 더 높은 출력 밀도, 더 작은 크기, 더 정밀한 제어 및 더 높은 지능화를 향해 발전하고 있습니다. 차세대 로봇 시스템에서 적합한 BLDC 모터를 선택한다는 것은 안정적이고 신뢰할 수 있는 동력 출력을 확보하는 것뿐만 아니라 전체 모션 시스템에 더 큰 유연성, 응답 속도 및 애플리케이션 잠재력을 제공하는 것을 의미합니다.

따라서 로봇 관절, 로봇 팔, AGV, 전동 액추에이터 또는 기타 지능형 장치를 위한 경우에도 BLDC 모터 선정은 실제 애플리케이션 요구 사항을 기반으로 해야 하며, 토크, 속도, 효율, 제어 능력 및 시스템 통합 능력을 종합적으로 평가하여 특정 프로젝트에 가장 적합한 모터 솔루션을 찾아야 합니다.