공압모터의 종류와 특징

공압 모터

공압 모터는 압축 공기 에너지를 기계적 회전 에너지로 바꾸는 액추에이터를 말하며 시동, 정지, 역회전 등은 방향 제어 밸브에 의해 제어됩니다. 공압 모터는 오래전부터 광산, 화학 공장, 선박 등 폭발성 가스가 존재하는 곳에 전동기 대신 사용되어 왔지만 발전을 거듭하여 최근에는 저속 고토크 모터, 가변 속도 모터 등의 출현으로 방폭이 요구되는 장치 이외에 부품 장착, 장 탈 장치, 교반기, 컨베이어, 호이스트 등 일반 산업 기계에도 널리 사용되고 있습니다.

 

종류와 구조 원리

베인형 모터

구조가 간단하고 무게가 가벼우며 대부분의 공압 모터는 이 방식으로 만들어집니다. 작동 원리는 베인 압축기의 반대로 케이싱 안쪽으로 베어링이 있고 그 안에 편심 로터가 있으며 이 로터에 가공되어 있는 슬롯에 3~10개의 베인이 삽입되어 있습니다. 베인이 회전하게 되면 원심력에 의하여 케이싱 내벽 쪽으로 힘이 작용되어 각 공간을 밀폐시키며 모터가 회전하기 전에도 적은 양의 공기만으로 베인이 내벽에 밀착되므로 실링 효과가 있고 슬롯에 스프링을 넣어 밀봉 효과를 높인 것도 있습니다.

일반적으로 출력은 0.075~7.5kW 정도이며 무부하 상태의 회전수는 3,000~15,000rpm입니다. 최대 출력은 감속기를 붙이지 않은 경우는 무부하 상태의 50% 정도의 회전수이므로 베인 형 모터는 고속 회전이고 토크가 작아 500 rpm 이하의 저속 고토크로 사용하여야 합니다.

 

피스톤 모터

압축 공기를 피스톤 단면에 작용시켜 그 힘을 사판이나 캠, 크랭크 축 등에 전달하여 모터축을 회전시키는 구조로 되어 있으며 종류는 반경류 피스톤 모터와 축류 피스톤 모터로 구분됩니다. 반경류 피스톤 모터의 크랭크 샤프트는 왕복 운동을 하는 피스톤과 커넥팅 로드에 의해 구동됩니다. 운전을 원활하게 하기 위해서는 3~6개의 피스톤이 필요하며 출력은 공기의 압력과 피스톤의 개수, 피스톤의 면적, 행정 거리와 속도에 좌우됩니다. 축류 피스톤 모터의 작동 원리도 반경류 피스톤의 작동 원리와 비슷합니다.

5개의 축방향으로 나열된 피스톤에서 나오는 힘은 회전 사판에 의해 회전 운동으로 바뀌며 압축 공기는 두 개의 피스톤에 동시에 공급되며 토크의 균형에 의하여 조용한 운전을 하게 됩니다. 이러한 피스톤 모터는 시계 방향이나 반 시계 방향의 회전이 가능하고 일반적으로 중, 대용량으로 저속 회전이 필요한 곳에 사용되며 최고 회전 속도는 무부하 상태에서 3,000 rpm 정도이며 출력은 1.5~2.6kW 정도로 시동 토크를 크게 할 수 있습니다.

 

기어 모터

기어형 모터는 두 개의 맞물린 기어에 압축 공기를 공급하여 토크를 얻는 방식입니다. 한 개의 기어는 모터의 축에 고정되며 소형에서도 10,000rpm 정도의 고속 회전과 대단히 높은 출력(60마력)을 얻을 수 있으며 역회전도 가능하고 직선 혹은 사선형 기어도 사용됩니다.

 

공압 모터의 특징

공압 모터의 특징은 종류나 구조에 따라 약간의 차이가 있지만 일반적인 특징은 다음과 같습니다.

첫 번째, 공압 모터는 전동기와 비교하여 관성 대 출력비로 결정하는 시정수가 작으므로 시동 정지가 원활하며 출력과 중량비가 큽니다.

두 번째, 공기의 압축성 때문에 회전 속도는 부하의 영향을 받기 쉬우나 공압 모터의 토크보다 부하가 커지면 속도가 떨어져 자연히 정지되지만 전동기처럼 코어가 타는 현상이 일어나지 않으므로 안전합니다. 부하가 작아지면 관성과 출력비의 시정수가 작으므로 곧 재시동할 수 있습니다.

세 번째, 폭발성 가스의 분위기 속에서도 안전하게 사용할 수 있습니다.

네 번째, 속도 제어와 정역 회전 변환이 간단하고 속도의 가변 범위도 1:10 이상 됩니다.

다섯 번째, 주위 온도와 습도 등의 분위기에 대하여 다른 원동기만큼 큰 제한을 받지 않습니다.

여섯 번째, 작업 환경을 청결하게 할 수 있으며 배기시 오일 미스트가 나오지만 오일 미스트 분리기를 사용함으로써 오일 미스트의 비산을 방지할 수 있습니다.

일곱 번째, 공압 모터의 자체 발열이 적어 각 섭동부의 마찰열은 압축 공기의 단열 팽창으로 냉각됩니다.

여덟 번째, 압축 탱크를 공기압원으로 설치하면 비상용 구동원으로도 이용할 수 있습니다.

아홉 번째, 압축 공기 이외에 질소가스, 탄산가스 등도 사용할 수 있습니다.

열 번째, 베인형 공압 모터 등에서는 배기 소음이 크지만 소음기를 사용함으로써 크게 줄일 수 있습니다.

 

공압 모터의 선정법

공압 모터를 선정할 때는 토크의 크기, 사용 회전수, 출력, 사용 공기 압력 등을 토대로 메이커의 토크와 출력 곡선에서 선택하고, 부수적으로 감속기의 유무, 브레이크의 사용 유무, 정 역회전의 가부, 장착 방법 등을 종합적으로 고려하여 선정해야 하며 다음과 같은 사항에 유의해야 합니다.

공압 모터의 용량

공압 모터의 용량을 결정할 때에는 실제로 사용하는 공기 압력의 70~80%의 토크와 출력 곡선에서 선택합니다. 또한 공기 소비율은 최대 출력의 70~80% 정도일 때가 가장 좋으므로 이 회전수 영역에서 사용하도록 설정합니다.

감속기의 유무

공압 모터에 감속기를 붙여 시동 토크를 개선하는 것이 좋은지 저속 고토크형 공압 모터를 사용하는 것이 좋은지를 각각 검토하여 결정합니다.

브레이크의 유무

압축공기 흐름을 방향제어 밸브 등으로 차단하여 공압 모터를 정지시켜도 내부누설로 인하여 모터를 로킹 할 수 없을 때에는 브레이크를 사용하여야 하며 또한 압축공기가 중단되고 장시간 정지시킬 때에는 안전상 브레이크를 병용하여야 합니다.

정전과 역전

정회전과 역회전이 요구될 때에는 양방향 회전이 가능한 사양을 선택하고 정회전과 역회전의 ㅌㄱ성이 서로 다른 경우도 있으므로 주의하여야 합니다.