서보모터란 무엇인가?

서보모터

안녕하세요~ 오늘은 지난 글로 포스팅을 했었던 서보 드라이브를 통해 실제 동작을 구현할 수 있는 서보 모터에 대해 포스팅을 하려고 합니다. 흔히 일반적으로 사용되고 있는 스테핑 모터와의 다른점과 AC서보모터와 DC서보모터의 차이점에 대해서 적어보려고 합니다.

정밀기계에서 절대 빠질 수 없는 서보모터는 우리가 동작하려고 하는 공작기계의 정밀한 동작 진행을 위해 사용되는 모터를 지칭합니다. 

서보모터는 우리가 동작하려는 대상의  위치, 방향, 자세를 서보드라이브를 통해 설정되어진 값만큼 동작을 가능하게 구현 되도록 합니다. 서보모터는 우리가 원하는 위치, 그리고 진행하고자하는 방향성, 그리고 동작하려는 정밀기계의 정확한 가속 속도까지 모든 정확성을 표현할 수 있어야 합니다. 그리고 위치 제어는 속도가 위치를 따를 수 있도록 제어할 수 있어야 합니다.

속도가 일정한 일반적인 모터와는 다르게 서보모터는 서보드라이브를 통해 조정되어 수시로 변하는 속도와 위치값의 명령을 정확하게 따를 수 있게 만들어진 모터입니다. 서보모터는 동작엔 가속과 제동에 대응할 수 있는 내구성이 있는 구조로 만들어 졌으며 열전대의 두가지 조건인 큰 토크(회전력)과 로터 관성 모멘트는 작다는 점이 있습니다.

모터의 분류 DC서보모터, AC서보모터

서보모터는 소형이 주를 이루고 있으며, 정밀한 제어가 필요하고 유지보수가 용이해야 합니다. 대형화된 서보모터도 있지만 가격이 상당합니다. 서보모터는 주로 정밀기계의 생산성을 높이기 위해 24시간 동일한 정밀한 동작성을 구현할 수 있어야 하기 때문에, 고속의 동작과 급제동을 견뎌낼 수 있을 그에 따른 강한 내구성이 필요합니다.

서보모터는 DC서보모터와 AC서보모터로 나누게 됩니다. AD모터는 DC모터와 동일한 구조를 가지고 있고 브러시리스 서보모터라고 부르고 있습니다. 서모모터로 주로 사용되고 있는 직류(DC) 모터는 큰 토크와 로터의 관성 모멘트 위의 두 가지 조건을 만족 시켜주고 있어 오랜 시간 동안 사용되고 있습니다. 

이런 서보모터는 속도가 올라가게되면 토크가 떨어지지 않고 관성으로 인한 회전력이 감쇄되지 않기 때문에 정밀한 위치제어를 하기 위해 모터측에 엔코더케이블을 연결하여 회전수를 확인하여 조정 가능하게 할 수 있습니다. 

엔코더케이블로 서보모터가 회전한 회전수와 축의 위치 상태를 확인 할 수 있습니다.

위에서 말씀 드렸듯 DC서보모터의 마찰로 인해 발생하는 브러시의 마모로 인해 발생하는 고장으로 같은 조건을 만족시켜주며 고장이 적은 AC서보모터가 산업현장에서 많이 사용되고 있습니다. 

AC서보모터의 장점으로는 간단한 기계구조와 빠르게 도달하는 최고속도 그리고 권선이 고정자에 있어 크기를 키울 수 있습니다. DC서보모터와 마찬가지로 AD서보모터는 밀폐된 구조를 가지고 있어 외부 노출로 인한 문제가 발생될 소지가 적습니다.  

서보모터의 장점

서보모터의 장점은 스테핑모터와 비교할때 정밀기계의 특성상 어쩔 수 없이 발생하는 간혈적 동작과 빠른 속도로 인해 발생하는 회전력으로 인한 관성에 따른 토크 비율이 높다는 점, 그리고 고속회전이 가능하고 이를 엔코더케이블을 통한 속도 컨트롤이 가능하다는 점이 있습니다. 그리고 서보모터의 큰 장점은 스테핑모터보다 조용하다 즉 정숙성이 뛰어나다는 점이 있습니다.

서보모터의 단점

이러한 서보모터의 단점으로는 스테핑모터에 비해 높은 가격이 있습니다. 크기에 따라 가격이 상이합니다. 그리고 서보모터의 동작을 진행하기 위해서는 서보드라이브의 피드백이 없이는 동작을 할 수 없다는 어려운 점이 있습니다. 동작하기 위해서는 함께 설치된 서보드라이브의 파라미터 튜닝이 필요하며, DC서보모터와 같은 경우 브러시의 파손으로 인한 고장이 자주 발생할 수 있다는 점이 있어 밀폐된 정밀기계설비에서의 사용이 어렵다는 점이 있습니다.

오늘은 지난 시간에 포스팅한 서보드라이브와 함께 사용되는 서보모터에 대해 기본적인 정보에 대해 알아보는 시간을 가져봤습니다. 끝까지 일독 해주셔서 정말 감사드립니다. 다음 포스팅은 더욱 알차게 준비하도록 하겠습니다.