서보 구성의 3요소에 관하여

소개글

서보 구성의 3요소에 관하여에 대한 보고서 자료입니다.

목차

3장 서보 구성의 3요소

3.1.2 AC서보모터의 구조

1. 전기각 (또는 자극) 검출

2. 기계의 위치와 속도의 검출

3.2.1 인코더의 원리

(2) 기계각의 검출
(3) 전기각의 검출
(4) 회전속도의 검출
(5) 회전방향 검출
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본문내용

코일에 전류를 흘려야 합니다. 전류를 흘리기 위해서는 전압을
걸(인가한다는 표현을 사용합니다.) 필요가 있습니다.
이 전압과 회전속도와의 사이에는 어떠한 관계가 있을까요?
이것은 플레밍의 오른손의 법칙이 관계하고 있습니다.
그림 3.9 플레밍의 오른손의 법칙
이 법칙은 그림 3.9에 나타낸 바와 같이 자계중에 놓인 도선을 자계와 직각 방향으로 움직이면 자계의
방향과 움직이는 방향 각각에 직각인 방향으로 전압이 유도된다고 하는 것입니다.
그 방향은 오른손의 검지 손가락을 자계방향, 엄지 손가락을 도체를 움직이는 방향으로 한다면, 가운
데 손가락의 방향은 유도되는 전압 방향이 됩니다.
이때 유도되는 전압 E(V볼트))에 대하여 다음의 식이 성립합니다.
E = vBL
이 됩니다.
여기서,
　 E: 전압(V볼트))
　 v: 도체의 속도(m/s)
　 B: 자속밀도 (T (테슬러))
　 L: 도체의 길이(m)
그림 3.1과 그림 3.9를 비교하면 알 수 있는 바와 같이 전류의 방향과 전압의 방향은 반대, 즉 전압은
모터를 돌기위해 흐르는 전류를 방해하는 방향으로 됩니다.
E = vBL의 B와 L은 모터의 설계로 정하는 값입니다. 또한 모터의 경우, 코일이 자계를 가로지를때의
속도 v, (회전할 때의 원주상의 접선속도)와 회전의 각속도 ω 는 비례관계에 있으므로, v의 대신에 ω 를
사용하여,
E = KE ω
로 나타냅니다. KE의 단위는 V s(볼트 초)입니다. 각속도 ω 의 단위는 라디안/초이지만, 라디안은
무명수이므로 단위명으로서는 나타나지 않습니다.
3.1 서보모터
3-7
이 KE를 유기전압정수 또는 모터에 인가하는 전압과 역방향이 되기 때문에 역기전력정수라고도 부릅
니다.
여기서 모터에 인가하는 전압(V)와 흐르는 전류(I) 및 유기전압(E)와의 관계를 보겠습니다.
간단히 하기위해 단상 코일에 대하여 생각해 보겠습니다. 그럼 모터의 등가회로는 그림 3.10과 같이
하여, Ra는 코일의 전기저항으로 하면 다음 식이 성립됩니다.
V = RaI + E
= RaI + KE ω
그림 3.10 서보모터 등가회로도
따라서
또한 토오크 T는
T=KTI이므로, 다음 식이 성립됩니다.
이것이 토오크(전류에 비례한다)와 인가전압 및 모터 회전속도의 관계입니다. 전압의 값을 바꿔서
([전압을 파라메타로서]라는 표현을 씁니다.) 토오크와 모터의 회전속도와의 관계를 그래프화한 것이
그림 3.11입니다.
그림 3.11 서보모터의 토오크 속도특성
이 그림에서 다음 사항을 알 수 있습니다.
모터에 걸린 토오크(부하 토오크)가 작으면 모터의 회전속도가 높다. 부하 토오크를 크게하면
회전속도는 낮아진다.
그 구배는 인가전압, 회전속도에는 관계없고, 일정 값 KTKE/Ra
여기서 여러가지 변동하는 부하 토오크에 대하여 회전속도를 일정하게 유지하기 위해서는 모터로 인
가하는 전압을 바꾸면 되는 것입니다. 이 역할이 3.3에서 배우는 서보앰프의 기초 기능의 하나입니다.
3장 서보 구성의 3요소
3.1.2 AC서보모터의 구조
3-8
3.1.2 AC서보모터의 구조
여기서는 지금까지 배웠던 원리가 어떻게 실용화되고 있는지 보겠습니다.
(1) 전체 구조
그림 3.12는 실제 서보모터의 절단 모델입니다.
그림 3.12 서보모터 절단모델
그림 3.12에 나타낸 바와 같이 일반적으로 모터는 토오크 발생부와 검출기부가 일체구조로 조립되어
있습니다. 그리고 이 검출기는 인코더라고 불리는 펄스발생기가 사용되고 있습니다. 검출기는 이후 특
별한 사정이 없는 한 인코더라고 부르겠습니다.
그림 3.12에서 알 수 있듯이 인코더부가 상당한 부분을 차지하고 있어 대단히 중요한 역할을 담당하고
있습니다. 이에 대해서는 뒤에 배우도록 하겠습니다. 여기서는 토오크 발생부에 대하여 보도록 하겠습
니다.
(2) 로터 (rotor)
회전자라고도 합니다. 외부에 회전력을 전달하는 샤프트와 샤프트의 바깥주위에 붙어있는 원통모양의
영구자석으로 구성됩니다.
그림 3.5에서는 영구자석의 N극과 S극이 1쌍 밖에 없는 2극으로 그려졌지만, 이것으로는 모터의 발생
토오크의 불규칙을 피할 수 없어(토오크 리플이라고 말합니다.), 회전 불규칙을 작게하기 위해 실제
모터에서는 8극(4쌍)이나 12극(6쌍)으로 되어있습니다.
이들의 모양을 그림 3.13에 나타냅니다.
그림 3.13 서보모터 자극 구조예
3.1 서보모터
3-9
서보모터에는 자속밀도가 높은 네오디움 철 붕소계 자성재료가 사용되고 있습니다. 이 자성재료의 출
현에 따라 서보모터가 큰폭으로 소형화됩니다.
전기서보가 처음으로 나왔을 때, DC서보모터에 사용된 페라이트 자석, AC서보모터가 개발된 때의 사
마륨 코발트 자석, 또한 현재의 네오디움 철 붕소계 자석에 대하여 표 3.1에 최대 에너지 크기의 비교
를, 그림 3.14에 이 3개의 영구자석 1cm3이 들어올릴 수 있는 철의 양을 표시하였습니다.
그림 3.14 1cm3의 자석이 들어올릴 수 있는 철의 중량비교
그림 3.14에 의해 직감적으로 네오디움 철 붕소계 자석이 매우 우수하다는 것을 이해할 수 있을 것입
니다.
표 3.1 자성재료의 최대 에너지 크기의 비교
* 최대 에너지 크기(MGOe): 자화의 세기(kOe킬로 엘스텟 전압에 상당)와 자속밀도(kG
킬로 가우스 전류에 상당)를 곱한 값의 최대치를 말한다. 그 단위 MGOe(메가 가우스
엘스텟)는 kJ/m3(킬로 쥴/m3)로 환산할 수 있으므로, 에너지 크기의 이름이 붙는다.
자계의 세기를 나타내는데 단위 면적당 자력선의 수를 생각할 수 있습니다. 여러가지 매질 속에서는 자력선을
통하는 정도가 틀리므로 이것을 유자율이라 하고, 자력선의 수에 유자율을 곱한 값을 자속밀도라고 합니다.
자성재료 최대 에너지 크기(MGOe)* 밀도 (g/cm3)
네오디움계 36.0 7.4
사마륨 코발트계 31.0 8.4
알니코계 11.0 7.3
페라이트계 4.6 5.0
3.1.1 서보모터의 회전원리와 기본 구성
3.1 서보모터
3.1.1 서보모터의 회전원리와 기본 구성
(1) 회전원리
서보모터 회전의 기본원리는 [플레밍의 왼손의 법칙]이라고 하는 전기와 자기의 상호작용에 의해
힘이 발생하는 법칙에 의존합니다.

키워드

전기,   서보모터 제어,   서보모터,   서보머터의 원리,   전동기,   전기기기