모터관성,부하관성,관성비의 용어를 이해
1. 관성모멘트란
관성은 운동을 정지시키기 위해 필요한 계의 저항을 의미합니다.
회전체의 질량 m과 축으로 부터의 거리 r에 의해 표현된 값을 관성모멘트라고 합니다.
J= 1/2* m * r^2 =1/8 * m * d^2 ----------(1)
-
(J : 관성모멘트 , m : 회전체의 질량, r : 회전방경, d :회전직경)
관성모멘트를 공식으로 표현하면 (1)식과 같습니다. (단, (1)공식은 원통형 일 경우)
T = J * α --------------(2)
= J *dω/dt ( α : 각가속도, ω : 각속도 , t : 시간)
(2) 공식을 보면 토크는 관성모멘트 곱하기 각가속도를 한 값으로 이를 풀이하면 토크의 단위는 Nm로 이를 J[Joule]로 쓰기 때
문에 1J의 에너지를 내기 위해 관성모멘트라는 무게가 단위시간당 각속도로 운동을 하는데 필요한 양을 의미합니다.
이와 비교를 위해 직선운동을 보면 ,
T= W * s --------------(3)
(W : 무게(m*g), s : 이동거리)
직선운동은 (3) 공식처럼 1J의 에너지를 내기 위해 무게 W를 s만큼 이동할 때 발생한 값으로 표현합니다. 공식(3)값을 통해 공
식(2)의 관성모멘트는 회전운동시 회전체의 질량으로 생각하시면 됩니다.
모터 카달로그를 보면 회전자 관성모멘트, 허용부하관성모멘트, 관성비 이렇게 표현되어 있습니다. 위에 관성모멘트에 대해 정의하였으니 이런 용어를 살펴 보면 아래와 같습니다.
2. 용어정리
a) 회전자 관성모멘트
: 모터에서 회전하는 부분의 관성모멘트를 의미합니다. 예를 들어 서보 모터의 경우 회전체 부분을 보면 샤프트,자속이 흐르
는 아마추어( 규소강판), 그리고 자력을 만들어주는 마그넷으로 구성되어 있습니다. (베어링은 고려안함)
이를 모터 회전축 기준으로 위의 (1)공식을 사용하여 J값을 구합니다. (마그넷은 회전축이 바뀌므로 (1)공식 사용못함) 그렇게
해서 구한 값이 로터관성모멘트 (혹은 관성모멘트로 표현함)라는 값입니다.
b)허용부하관성모멘트
: 카달로그 상에서 보면 모터이녀서 5배, 10배, 20배 이렇게 정의되어 있다. 이는 위의 a)에서 구한 회전자관성모멘트값에서 5
배,10배, 20배 견딘다는 것을 의미한다. 예를 들어 관성모멘트가 50kg.m^2*10^-4인데, 5배라고 정의하면 5를 곱한
250kg.m^2*10^-4입니다. 이는 어떤값을 의미하냐면, 시스템의 부하를 의미하는데 예를 들어 컨베이어 벨트 시스템이 구성되
어 있을 때 그 시스템의 회전체 질량이 얼마인지 값을 구하고 그 때 그 값보다 큰(허용관성비) 관성모멘트를 선정합니다. 위에
1번에서도 설명하였듯이 관성은 운동을 정지시키기 위해 필요한 저항이라고 정의하였습니다. 이처럼 어떠한 시스템이 구동하
여 가속하고 등속할때는 전원을 주지만 감속시에 에너지가 회생하여 드라이브혹은 인버터로 전류가 들어가게 됩니다. 들어가
게 되면 스위칭소자들의 파괴를 가져오기 때문에 보통 회생저항을 달아주어 감속시의 에너지를 태워버립니다. 보통 시스템 설
계시에 모터에서 제공해주는 관성비값이 너무 적어 적용하기 어려움을 겪는데 이때문에 기구적인 설계에서 감속기나 풀리 기
어비를 이용하여 관성비를 낮춥니다. 예를 들어 10대 1 감속기를 쓰면 감속비의 제곱만큼 떨어지므로 큰모터를 선정시 작은 모터로 설계 변경을 할 수 있습니다.
c) 관성비
: 관성비는 내가 알고자하는 시스템의 관성모멘트 나누기 로터관성모멘트한 값으로 이 값을 통해 내가 설계한 값이 모터에서 제
공하는 허용부하 관성모멘트를 넘었는지 안넘었는지 확인이 가능합니다.