서보 모터란 무엇인가요?
서보 모터의 정의
"서보"라는 용어는 제어 메커니즘을 가리키며, 라틴어로 노예를 뜻하는 "서버스"에서 유래했습니다. 서보 모터는 '지시한 대로 정확하게' 작동한다고 해서 붙여진 이름입니다.
위치 및 속도와 같은 파라미터를 제어할 수 있는 모터는 제어 방식에 관계없이 서보 모터라고 합니다. 따라서 이 용어는 스테퍼 모터와 코어리스 모터를 포함할 때 사용되기도 합니다.
그러나 여기서는 서보 모터를 인코더(회전 동작 감지 장치)와 해당 인코더의 정보를 사용하여 속도와 위치(회전 각도)를 제어하는 드라이버가 있는 모터로 정의하겠습니다.
서보 모터와 스테퍼 모터의 차이점
서보 모터와 마찬가지로 스테퍼 모터도 외부 입력에 반응하여 회전 각도를 제어할 수 있습니다. 따라서 기계의 위치 결정 및 유사한 용도로도 사용할 수 있습니다. 그러나 이 두 가지 유형의 모터에는 많은 차이점이 있습니다.
1. 제어 메커니즘
서보 모터에는 회전 위치를 파악하고 모터 위치에 대한 피드백 제어를 제공하는 엔코더(회전 모션 감지기)가 있습니다. 이러한 방식으로 정밀한 정지 정확도가 제공되며 정지 시 모터 위치에서 벗어난 경우 모터가 원래 위치로 돌아갈 수 있습니다. 반면 스테퍼 모터의 경우 모터의 회전 각도는 입력 펄스 수에 비례합니다. 따라서 제어기로부터 받은 입력 펄스 수에 따라 위치를 제어합니다. 위치 센서가 필요하지 않지만 위치 편차를 감지할 수 있는 수단이 없다는 의미이기도 합니다. 예를 들어, 예기치 않은 부하 변화로 인해 모터가 비동기화(모터가 입력에 지정된 각도와 다른 각도로 회전하는 것을 의미)될 수 있습니다.
2. 토크 및 속도
서보 모터는 고속으로 작동할 수 있으며 저속에서 고속까지 넓은 속도 범위에서 안정적인 토크를 제공할 수 있습니다. 스테퍼 모터는 저속에서 높은 토크를 제공할 수 있지만 속도가 증가함에 따라 토크가 감소하므로 고속 작동에는 적합하지 않습니다.
3. 비용
서보 모터에는 로터리 엔코더와 서보 컨트롤러(드라이버)가 필요하므로 스테퍼 모터보다 가격이 비쌉니다.
서보 모터와 스테퍼 모터에 대한 자세한 내용을 보려면 여기를 클릭하세요: 서보 모터와 스테퍼 모터 비교.
서보 모터의 역사
1950년대부터 미국에서 공장 자동화에 대한 관심이 커지기 시작했으며, 처음에는 벨트 컨베이어, 자동 기계 및 산업용 로봇과 같은 분야에서 시작되었습니다. 초기의 자동화 기계 및 산업용 로봇은 액추에이터의 위치를 제어하기 위해 유압 또는 공압 기술을 사용하는 경향이 있었지만 정확도, 작동 신뢰성, 관련 배관, 유압 오일 또는 공기 누출 등의 문제로 어려움을 겪었습니다.
그 후 기술이 발전하면서 1950년대와 1960년대에 DC 서보 모터의 사용이 증가했고, 번거로운 유압 및 공압 메커니즘을 대체하기 위해 산업용 로봇에 설치되기 시작했습니다.
산업용 로봇의 발전과 함께 서보 모터의 기술도 크게 발전했습니다. AC 서보 모터는 1980년대에 출시되었습니다. 서보 모터는 로봇을 더 작고 가볍게 만드는 등 실용적인 이점을 제공했고, 그 결과 서보 모터는 현대 산업 기계에 널리 사용되고 있습니다.
서보 모터의 종류
서보 모터는 DC 서보 모터와 AC 서보 모터로 나눌 수 있습니다.
1. DC 서보 모터
브러시 DC(직류) 모터로 구동되는 서보 모터입니다. DC 모터는 AC 모터보다 제어하기 쉽습니다. 크기가 작고 가격이 저렴하여 널리 사용되었지만, 최근에는 AC 모터 제어 기술의 발전으로 인해 DC 모터의 사용이 감소하고 있습니다.
2. AC 서보 모터
교류(AC) 모터로 구동되는 서보 모터입니다. DC 모터보다 제어하기가 더 복잡하지만 제어 기술의 발전으로 현재 가장 일반적인 서보 모터 유형이 되었습니다.
구동 메커니즘에 따라 AC 서보 모터는 동기 모터(SM)와 유도 모터(IM)로 나눌 수 있습니다. 이들은 영구 자석의 유무에 따라 구분됩니다.
SM에는 영구 자석이 포함되어 있습니다. 모터의 출력을 높이려면 영구 자석의 사용을 늘려야하고 영구 자석은 비싸고 모터의 비용이 높아집니다. 이러한 이유로 저전력 애플리케이션(최대 10kW)에 널리 사용됩니다. 하지만 최근 고성능 영구 자석이 출시되면서 동기식 AC 서보 모터가 기본 선택으로 선호되고 있습니다.
IM은 영구 자석을 사용하지 않으며 고출력 애플리케이션(10kW 이상)에 사용되는 경향이 있습니다.
서보 모터 애플리케이션
정확한 위치 지정 특성으로 인해 서보 모터는 산업용 로봇 및 정밀 기계와 같은 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 응용 분야의 예는 다음과 같습니다:
- 산업용 로봇 조인트
- 휴머노이드 로봇 조인트
- 식품 가공 기계의 장비 제어
- 포장 기계의 장비 제어
- 컨베이어 시스템의 벨트 드라이브
- 열차 내 자동문
- LCD 및 반도체 검사기에 사용되는 X-Y 테이블
- 프레스/롤 피더
- 공작 기계 또는 검사 시스템용 회전 스테이지
- 프레스 제어
- 본딩 기계 제어
- 플라스틱 성형기 제어
- 오락 기계 제어
- 라디오 제어 및 기타 취미용 애플리케이션
- 코팅 또는 기상 증착 기계
- LCD 및 반도체용 스핀 클리닝 기계
