일반 벨트 컨베이어 입니다.
조건: 길이 1200mm , 폭 1150mm , 구동롤러 Ø70, 속도 60m/min, 이송물건무게 약1kg(분당 10개 이송)
위 조건을 기본으로 적정 모터를 선정하고자 할때 어떤 식으로 접근해야 할지 잘 모르겠습니다.
대충 어느정도 쓰면 적정하겠다는 알고 있지만 정확한 공식으로 적정 모터를 선정하고 싶습니다.
많은 가르침 부탁드립니다
일단 제일 많이 쓰는 DC 모터를 예를 들겠습니다.
먼저 모터를 선정하기 전에 사용자는 모터의 출력, 전압(정격전압), 토크, 회전수를 결정합니다. 그리고 난 후 모터의 데이터시트 정보와 입력량, 출력량, 효율 기본 공식을 가지고 정격 부하(Rated torque), 정격회전수(Rated torque), 정격 전류(Rated current), 기동토크(Starting torque), 무부하 회전수(No load speed) 값을 계산한 후 이에 맞는 모터를 선정합니다.
아래는 모터를 선정하기 전에 사용자가 결정해야 할 항목들입니다.
모터의 전원(정격전압) 결정:
DC 모터는 일반적으로 DC12V와 DC24V 모터를 많이 사용합니다. 제품의 전체 구성에 따라 모터의 정격전압을 결정하겠지만 일반적으로 배터리를 사용하거나 많은 토크를 필요로 할 경우 모터의 전류량 때문에 보통은 DC24V를 사용합니다. (전류량이 높으면 배터리 소모가 많고 전기 회로의 용량이 커져야 하며, DC24V 모터보다 DC12V 모터가 전류량은 2배 정도 높습니다.)
※ 일반적으로 250W 미만은 DC12V를 250W 이상은 DC24V 모터를 사용합니다.
모터의 회전수 결정:
통상 모터의 회전수는 분당 회전수인 rpm 단위를 사용하며, 대부분의 모터가 rpm모터로 되어 있습니다.
모터의 회전수는 속도 조절이 필요한 경우 최고 속도(rpm)의 약 10~30% 정도 올려서 선정하고 만약 속도 조절할 범위가 넓은 경우에는 모터의 토크를 넉넉히 잡아서 선정합니다.
모터의 토크와 와트(Watt) 결정:
통상 모터의 토크는 kg.cm 단위를 사용하며, 이는 1kg 무게의 물체를 반지름이 1cm 도르레로 끌어올리는 힘이라고 생각하시면 됩니다.
모터의 토크는 필요한 모터의 토크보다 40% 정도 올려서 선정하고 만약 속도 가변이 필요한 경우에는 100% 정도 올려서 선정하기를 권장합니다. (저속에서 무리 없이 운전해야 할 경우)
모터의 와트는 토크와 전류량에 비례합니다. 이는 사용하고자 하는 모터의 데이터시트에 토크표를 참조하시기 바랍니다.
※ 사용자는 꼭 회전수와 토크를 결정하고 모터를 선정해야 합니다. 예를 들어, 모터 출력이 100W(백와트)라고 하면 10,000 (rpm) x 0.974 (kg.cm) = 1000 (rpm) x 9.74 (kg.cm)가 되지만, 모터의 회전수는 1000 ~ 10,000 rpm의 범위가 되기 때문에 모터의 선정 범위가 넓어지게 됩니다.
모터의 운전 특성 결정:
속도 가변이 필요한지, 장시간 운전이 필요한지, 정지 시 미끄러짐이 없어야 하는지, 좌우 회전 전환이 필요한지, 환경에 따른 여러 가지 필요한 동작들을 결정합니다.
예를 들어 빈번한 좌우 회전 및 급출발 제동이 필요할 경우 기어 헤드가 견딜 수 있는 허용 토크를 넉넉히 잡아서 모터를 선정해야 합니다. 오르막길이나 큰 토크가 필요로 하는 경우에는 필요한 모터의 토크에서 40~100%까지 올려서 모터를 선정해야 합니다. 이는 사용자 제품 구성 환경에 따라 달라지기 때문에 주변환경을 잘 고려해야 합니다.
모터의 치부 및 크기:
모터의 크기가 제한이 되는지 제한이 없는지 결정하시고 제한이 있다면 모터를 선정할 때 고려해야 합니다.
위와 같은 항목들이 결정된 후 모터의 데이터시트와 아래 기본 공식을 통해서 모터의 정격 토크(Rated torque), 정격회전수(Rated torque), 정격 전류(Rated current), 기동 토크(Starting torque), 무부하 회전수(No load speed) 값을 계산합니다. 그리고 이에 맞는 모터를 최종적으로 선정합니다:
입력 량 (Wi) = 전압 (V) x 전류 (A)
출력 량 (Wo) = 0.01027 x 회전수(rpm) x 토크 (kg.cm)
모터 효율 (%) = 입력량 (Wi) / 출력량 (Wo)
모터는 부하(Load)의 변동에 따라 흐르는 전류량(Current)도 변하게 되므로, 같은 모터에서도 공차(Tolerance)가 커서 다르게 표시될 수 밖에 없습니다. 모터의 데이터시트에 있는 모터 성능 곡선(Motor performance curve)을 보면, 일반적으로 모터의 최고출력(Max. output)은 기동토크(Starting torque)의 50% 위치, 모터의 최고 효율(Max. Efficiency)은 기동토크의 대략 15% 위치가 되는데, 가능한 최고 효율구간에서 사용하는 것이 바람직합니다.
예를 들어 아래와 같은 특성을 가진 40W 모터를 선정한다고 가정합니다. (위에서 이야기한 대로모터를 선정하기 전에 미리 모터의 정격전압과 정격부하 회전 수는 사용자가 결정해야 합니다)
150W 모터 선정:
정격 전압 - 24 V
정격 토크 - 5 kg.cm
정격 회전수 - 3,000 rpm
위와 같이 정했다면 다음과 같이 계산 할 수 있습니다.
정격 출력(Rated Output) - 0.01027 x 3000 x 5 = 154.05 W
기동 토크(Starting Torque) - 5 / 0.15 = 33.33 kg.cm
무부하 회전후(No Load Speed) - (33.33 x 3000) / (33.33-5) = 약 3,530 rpm
최고 출력(Max. Efficiency Output) - 0.01027 x (3530 / 2) x (33.33 / 2) = 302.08 W
보통 DC 모터의 최고 효율은 모터 종류에 따라 40~85% 정도이며, PMDC(영구자석형) 모터라면 효율이 65% 정도입니다. 만약 영구자석형 모터라고 가정했을 때 모터에 인가되는 전력과 전류는 다음과 같습니다:
모터에 인가되는 전력 - 154.05 / 0.65 = 237 W
정격 전류 - 237 / 24 = 9.875 A
위와 같은 계산을 통해서 최종적으로 150W급 DC모터 선정에 있어 필요한 스펙은 아래와 같으며 이에 만족하는 모터를 선정하시면 됩니다.
정격 전압 - 24 V
정격 전류 - 9.875 A
정격 토크 - 5 kg.cm
기동 토크 - 33.33 kg.cm
정격 회전수 - 3,000 rpm
무부하 회전수 - 3,530 rpm
※ 경우에 따라 모터의 속도를 조절해서 사용하려면 속도 조절기나, 감속기가 연결된 모터를 사용하시면 됩니다.
어떤 모터를 쓰실지 몰라 일단 제일 많이 쓰는 DC 모터를 예를 들어서 설명 드렸습니다.
모터 종류에 따라 모터 선정하는 방법이 다를 수 있지만 위에 설명 드린 내용에서 크게 벗어나지 않습니다. 위와 같이 모터를 선정하시고 인터넷에서 필요한 자료를 더 찾아 참고하시기 바랍니다.
만약 구매 금액이 크게 상관없다면 이것 저것 신경 쓰지말고 용량이 큰 모터를 그냥 구매하시는 것도 하나의 방법입니다.
제 답변이 조금이나 도움이 되었으면 좋겠습니다.