고급 산업 자동화 및 로봇 공학에서 영구 자석의 역할
소개
산업 자동화 및 로봇 공학은 4차 산업 혁명 시대에 제조 효율성, 정밀성 및 지속 가능성을 향상시키는 주요 기여자입니다. 일반적으로 네오디뮴-철-붕소(NdFeB) 또는 사마륨-코발트(SmCo)와 같은 화합물로 만들어진 영구 자석은 이러한 발전의 핵심입니다. 이들은 지속적인 에너지 입력 없이 강력하고 안정적인 자기장을 생성하며, 현재의 자동화 및 로봇 시스템에 필수적입니다.
모터에서 정교한 감지 및 제어 시스템에 이르기까지 다양한 산업에서 영구 자석이 혁신을 일으키고 있습니다. 이 기사에서는 산업 자동화 및 로봇 공학 분야에서 영구 자석의 주요 응용 프로그램을 탐구하며, 효율성, 정밀성 및 신뢰성을 향상시키는 데 있어 그들이 수행하는 역할을 강조합니다.
로봇 구동 프레임워크에서의 영구 자석 모터: 효율성 및 전력 출력 향상
영구 자석 모터란 무엇인가?
영구 자석 모터(PMM)는 강력한 자석을 사용하여 일정한 자기장을 유지하며, 이는 구형 유도 모터와 달리 외부 전원 공급이 필요하지 않습니다. 이는 뛰어난 효율성, 작은 공간 차지, 그리고 뛰어난 토크 특성 덕분에 로봇 구동 시스템에 구현하기에 더 바람직합니다.
로봇 공학에서 영구 자석 모터 사용의 장점
• 에너지 효율성 향상: PMM은 자기장을 생성하기 위해 전류를 필요로 하지 않아 에너지 손실을 줄입니다. 이는 배터리로 작동하는 로봇 시스템에서 운영 비용을 낮추고 배터리 수명을 연장시켜 표준 모터보다 더 효율적입니다.
• 높은 전력 밀도: PMM의 토크 대 중량 비율은 성능을 저하시키지 않으면서 소형화할 수 있게 하여 특정 로봇 설계에서 차지하는 공간을 줄입니다.
• 속도 및 정확성 향상: PMM은 입력 변화에 빠르게 반응할 수 있어 빠른 가속, 감속 및 위치 정확성이 요구되는 응용 프로그램에 이상적입니다.
• 열 발생 감소: PMM은 훨씬 더 효율적이기 때문에(손실이 적음) 열 발생이 적어 신뢰성에 기여하고 복잡한 냉각 시스템에 대한 필요성을 줄입니다.
산업 로봇의 사용 사례
· 효율적인 PMM은 자율 이동 로봇(AMR) 및 자동 유도 차량(AGV)에서 사용되어 배터리 수명과 작동 시간을 극대화할 수 있습니다.
·협동 로봇(cobot)의 사용도 PMM 덕분에 향상되어, 더 부드럽고 정확한 움직임으로 인간과 함께 작업할 때 더 안전합니다.
·용접, 조립 및 픽 앤 플레이스와 같은 작업을 위해, 관절형 로봇 팔은 매우 정밀한 모터 제어가 필요합니다.
감지 및 제어를 위한 자기 구성 요소: 자동화 정밀도 향상
자기 센서의 주요 원리
산업 자동화는 비접촉 위치 감지, 모션 감지 및 시스템 피드백의 요구로 인해 자기 센서의 중요한 응용 프로그램이 될 가능성이 높습니다. 이러한 센서는 영구 자석의 고유한 기능을 사용하여 기계적 마모 없이 변위, 속도 및 각 위치를 측정하며, 먼지 및 습기와 같은 외부 요소의 영향을 받지 않습니다.
자동화에서 필수 자기 구성 요소 소개
자기 인코더:
· 로봇 팔 및 CNC 기계에서 정밀한 위치 피드백에 사용됩니다.
· 적대적인 산업 환경에서 광학 인코더에 비해 더 높은 신뢰성을 제공합니다.
· 회전 및 선형 운동의 극도로 정확한 제어를 허용합니다.
홀 효과 센서:
움직이는 부품의 위치를 결정하기 위해 자기장의 변화를 감지합니다.
일반적으로 로터 움직임의 적절한 매칭을 위해 브러시리스 DC 모터(BLDC)에 사용됩니다.
자기 리드 스위치:
a) 완전 자동화 시스템에서 안전 인터록을 위한 비접촉 상호작용을 제공합니다.
b) 문 열림, 유연한 로봇 팔 및 컨베이어 벨트 움직임 추적에 도움을 줍니다.
선형 및 회전 자기 위치 센서.
a) 로봇 공학에 사용되는 폐쇄 루프 제어 시스템을 지원합니다.
b) 서보 자동화 작업의 정확성을 향상시킵니다.
자기 센서는 이제 자동화에서도 점점 더 많이 사용되고 있습니다.
• 비접촉 측정: 기계적 마모를 줄이고 구성 요소의 수명을 연장합니다.
• 열악한 조건에서 기능: 광학 센서와 달리 자기 센서는 먼지, 기름 및 고온이 있는 지역에서도 잘 작동합니다.
• 높은 정확도와 신뢰성: 산업 자동화에서 높은 품질을 유지하는 데 매우 중요합니다.
자기 작업 고정 사용의 다섯 가지 이점
전통적인 클램핑 솔루션이 제조업에서 기계적 힘을 활용하는 반면, 이 과정은 재료 왜곡에 매우 취약하고 높은 변동성을 보입니다. 반면, 영구 자석을 활용하는 자기 작업 고정은 강력하면서도 비침습적인 방식으로 강자성 작업물을 잡을 수 있으며, 매우 정확한 가공 방법입니다.
자기 클램핑 시스템의 종류 전기-영구 자석 척
· 짧은 전기 펄스를 사용하여 자기장을 켜고 끕니다.
· 지속적인 전원 공급이 필요하지 않으며 강한 고정력을 제공합니다.
· CNC 가공, 연삭 및 밀링 응용에 이상적입니다.
영구 자석 고정구:
· 필요한 그립 강도를 일관되게 예측 가능하게 제공합니다.
· 자동차 용접 자동화 및 로봇 조립 라인에서 사용됩니다.
자기 엔드 이펙터가 장착된 로봇:
· 빠르고 정밀한 픽 앤 플레이스 작업을 가능하게 합니다.
· 기계적 그리퍼와 관련된 비활성 기간을 줄입니다.
자기 클램핑 자동화 작업의 이점
· 퀵 체인지 설정 및 전환: 사이클 시간을 줄여 생산 효율성을 높입니다.
· 안정적인 그립 강도: 가공 및 용접 작업에서 신뢰성을 보장합니다.
에너지 효율적 — 표준 진공 또는 공압 클램프와 비교할 때, 전자 영구 자석은 활성화 및 비활성화 동안에만 에너지를 소비합니다.
산업 응용 프로그램
· 자동 조립 라인: 구성 요소의 긍정적인 배치가 있습니다.
· 용접 자동화: 변형 없이 높은 고정 압력이 필요한 작업물을 지원합니다.
· CNC 가공: 정밀도를 높이고 설정 시간을 최소화합니다.
스마트 제조에서의 자기 부상: 마찰 감소, 효율성 증가
자기 부상이란 무엇인가요?
자기 부상 기술은 영구 자석을 이용하여 마찰 없는 운동 시스템을 생성하여 마모를 줄이고 제조 공정의 효율성을 높입니다.
3.2 스마트 제조의 주요 응용 분야
자기 컨베이어 시스템:
· 기계적 마찰을 줄여 유지 보수 시 마모를 줄입니다.
· 매끄러운 고속 물질 운송
자기 부상 선형 모터:
· 정밀 가공 및 반도체 시스템에 적용
달, 그리고 궁극적으로 화성으로의 경주가 지금 시작됩니다·나노미터 정밀도로 초매끄러운 움직임을 가능하게 합니다
부유 작업대:
· 정밀 조립 라인에서 진동 오류를 제거합니다.
자기 부상의 장점
• 유지보수 감소: 물리적 접촉이 없으므로 마모가 적습니다.
· 초매끄러운 움직임: 정밀 감도가 필요한 응용 분야에 적합합니다.
· 에너지 효율성: 마찰 감소로 인해 총 에너지 손실을 줄입니다.
결론
영구 자석은 미래 산업 자동화에서 계속 사용될 것입니다
영구 자석은 산업 자동화와 로봇 공학이 발전함에 따라 혁신의 기본 요소로 점점 더 자리 잡고 있습니다. 로봇 시스템의 고효율 모터에서 정밀성을 향상시키는 자기 센서, 최첨단 작업 고정 기술, 자기 부상에 대한 새로운 응용 프로그램에 이르기까지, 이러한 자석은 현대 제조의 얼굴을 변화시키고 있습니다.
영구 자석은 에너지 효율성을 개선하고, 정확성을 높이며, 지능형 자동화를 가능하게 하는 능력 덕분에 산업 자동화 발전과 관련된 문제를 해결하는 데 이상적인 후보입니다. 더 스마트하고 적응력이 뛰어나며 고성능 로봇 시스템에 대한 수요가 증가함에 따라 영구 자석 기술의 중요성은 더욱 증가할 것으로 보입니다.
산업은 운영 효율성을 개선하고 비용을 줄이며 현대의 자동화된 미래를 위한 기초를 마련하기 위해 고급 자석 솔루션을 채택해야 합니다.
