HONPINE JRM 유성 로봇 관절 모듈은 연속 작동 시 온도 상승 문제를 어떻게 해결합니까?

스마트 팩토리, 자동화 물류, 무인 검사 및 특수 작업 분야에서 로봇의 활용이 증가함에 따라 24시간 연속 운전은 일반적인 요구사항이 되고 있습니다. 로봇에 대한 기대 역시 단순히 기본 동작을 완료하는 수준에서 장기간 운전 중 안정적이고 신뢰할 수 있는 성능을 유지하는 방향으로 변화하고 있습니다.

핵심 구동 부품인 로봇 관절 모듈의 열 성능은 전체 로봇 시스템의 작동 안정성에 직접적인 영향을 미칩니다. 이에 따라 장시간 및 고부하 운전에 대한 수요 증가는 관절 온도 제어에 더 높은 요구사항을 제시하고 있습니다.

로봇 관절의 일반적인 온도 상승 문제를 해결하기 위해 HONPINE은 보완 조치로서 외부 냉각에 주로 의존하는 대신 관절 모듈의 근본 설계에 집중합니다. 높은 에너지 변환 효율과 저손실 운전을 핵심 설계 목표로 삼아, HONPINE은 낮은 온도 상승, 높은 신뢰성 및 확장 가능한 생산을 위해 설계된 통합형 로봇 관절 모듈(JRM 유성 관절 모듈)을 개발하여 까다로운 조건에서 작동하는 로봇 시스템에 핵심 구동 부품을 제공합니다.

장시간 고부하 운전 중 모터, 전동 장치 및 구동 유닛의 손실은 로봇 관절 내부에 열이 축적되는 주요 원인입니다. 관절 모듈의 컴팩트한 구조는 사용 가능한 방열 공간도 제한하므로 연속 운전 중 열 관리가 특히 까다롭습니다.

이 과제를 해결하기 위해 HONPINE은 관절 모듈 전반의 손실을 줄이고 발생원에서 열 생성을 제어하는 자체 개발 열 관리 방식을 개발했습니다. 모듈의 근본 설계부터 시작하는 이 방식은 연속 운전 시 열 발생을 줄이고 열 안정성을 향상시키는 것을 목표로 합니다.

1. 설계 전략: 발생원에서 온도 상승 제어

HONPINE은 하류 냉각 조치에만 의존하는 대신 로봇 관절 모듈의 주요 발열 부품을 최적화하는 데 집중합니다.

HONPINE은 모터, 유성 감속기 및 구동 유닛 전반의 효율을 개선하여 운전 중 전자기 손실, 기계적 마찰 손실 및 전력 소자 스위칭 손실을 줄입니다. 발생원에서 열 생성을 줄임으로써 관절 모듈은 컴팩트한 통합 구조 내에서 더 낮은 열 축적을 유지할 수 있습니다.

이 시스템 수준의 저손실 설계는 장시간 연속 운전 환경에서 안정적인 열 성능을 지원하도록 설계되었습니다.

2. 모터 최적화: 다차원 전자기 설계

모터는 로봇 관절 모듈의 주요 발열 부품 중 하나입니다. 동손과 철손은 모듈의 기본적인 온도 상승 특성에 직접적인 영향을 미칩니다. 따라서 HONPINE은 전자기 에너지 변환 효율을 높이기 위해 자기 회로 설계, 소재 선정 및 권선 공정을 포함한 여러 측면에서 모터를 최적화합니다.

전자기 설계

HONPINE은 권선 계수를 향상시키기 위해 극-슬롯 조합을 최적화하는 동시에 자기 회로와 에어갭 구조를 정교화합니다.

저속 운전 시 코깅 토크는 정격 토크의 1% 이내로 제어되어 부드러운 동작과 안정적인 저속 운전을 지원합니다.

고속 운전 시 역기전력 고조파 왜곡률은 1% 이내로 제어되어 철손을 줄이고 고속 운전 효율을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

고성능 소재

고정자와 회전자는 0.2 mm 고급 무방향성 전기강판을 사용하여 와전류 손실을 줄이고 자기 포화 특성을 향상시키는 데 도움이 됩니다.

모터에는 UH 시리즈 고급 고온 내성 영구자석도 적용되어 높은 잔류 자속 밀도와 높은 보자력을 제공하며, 고부하 운전 조건에서 감자 위험을 줄입니다.

전자기선, 절연 부품 및 접착제를 포함한 핵심 소재는 고온 사양으로 선정됩니다. 핵심 부품은 최대 180°C의 온도를 견딜 수 있어 장시간 연속 운전을 지원합니다.

권선 공정

모터는 자동화된 다중 슬롯 연속 권선 공정을 사용하여 슬롯 충전율을 80%까지 높입니다.

동일한 토크 출력 조건에서 더 높은 슬롯 충전율은 전류 관련 열 발생을 줄이는 데 도움이 될 수 있습니다. 또한 권선 공정은 납땜 접합부 수를 줄여 전반적인 운전 신뢰성을 높입니다.

이러한 종합적인 최적화를 통해 모터는 최대 92%의 전체 효율을 달성하여 관절 모듈 내 주요 열원 중 하나에서 발생하는 열을 줄이는 데 도움이 됩니다.

3. 전동 및 구동 효율: 파워트레인 전반의 손실 감소

모터 손실 외에도 유성 감속기의 기계적 마찰과 구동 유닛의 스위칭 손실은 연속 운전 중 로봇 관절 모듈의 열 성능에 영향을 미칠 수 있습니다.

유성 전동 효율

전동 측면에서 HONPINE은 유성 감속기의 구조와 매칭 정밀도를 최적화합니다.

단단 유성 감속기의 효율은 최대 97%에 달할 수 있으며, 2단 유성 감속기의 효율은 지정된 운전 조건에서 약 95%를 유지합니다.

더 높은 전동 효율은 기어 맞물림 및 마찰로 인해 발생하는 기계적 손실과 그에 따른 열을 줄이는 데 도움이 됩니다.

구동 효율

구동 측면에서 관절 모듈은 3세대 질화갈륨(GaN) 전력 소자를 사용합니다.

기존 전력 소자와 비교할 때 GaN 소자는 도통 및 스위칭 손실을 크게 줄일 수 있습니다. 구동 유닛은 95% 이상의 전체 운전 효율을 달성하여 고주파 전기 스위칭과 관련된 열 발생을 줄이는 데 도움이 됩니다.

전동 및 구동 시스템의 협조 최적화를 통해 관절 모듈은 전체 파워트레인에 걸쳐 고효율 운전을 달성하도록 설계되었습니다.

4. 전부하 검증: 30분 후 온도 상승 1 K 미만

이론 설계를 통해 달성된 저손실 및 저온 상승 특성은 궁극적으로 실제 부하 조건에서 검증되어야 합니다.

까다로운 부하에서 작동하는 로봇의 연속 운전 조건을 모사하기 위해 HONPINE은 C6345 유성 로봇 관절 모듈에 대해 전부하 백투백 시험을 실시했습니다.

C6345 모듈의 정격 토크는 12 N·m, 정격 속도는 120 rpm입니다. 연속 부하 운전을 재현하기 위해 서보 백투백 시험 구성을 사용했습니다.

90분간의 연속 전부하 운전 후 관절 모듈은 안정적인 열평형 상태에 도달했습니다.

주변 온도 25°C에서 30분 후 온도 상승 차이는 1 K 미만이었으며, 최종 평형 온도는 61.42°C에서 안정화되었습니다.

전부하 운전 조건에서도 관절 모듈은 안정적인 열평형을 유지하여 장시간 운전 중 온도가 지속적으로 상승하는 것을 방지하는 데 도움이 됩니다.

5. 장시간 연속 로봇 운전을 위한 근본 성능

HONPINE은 다차원 모터 최적화 및 전자기 손실의 발생원 수준 저감부터 전동 및 구동 시스템 전반의 효율 개선까지, 관절 모듈 전체에서 열 발생을 줄이는 방식으로 열 관리에 접근합니다.

C6345 유성 로봇 관절 모듈의 전부하 시험은 연속 운전 조건에서의 열 특성을 추가로 입증합니다.

높은 모터 효율, 고효율 유성 전동, 고효율 GaN 구동 기술 및 시스템 수준의 저손실 설계를 결합하여, HONPINE은 로봇 시스템 통합업체의 열 관리 과제를 줄이도록 설계된 유성 로봇 관절 모듈을 개발합니다.

이 방식은 장시간, 고부하 및 연속 운전 조건에서 작동하는 로봇을 지원하는 동시에 신뢰할 수 있는 로봇 동작을 위한 안정적인 열적 기반을 제공하도록 설계되었습니다.