소형 서보모터란?
소형 서보모터는 정밀한 위치 결정과 속도 제어가 가능한 모터입니다.
모터 내부에는 회전수나 토크의 제어 장치가 내장되어 있어, 지령값에 피드백을 주면서 제어함으로써 고정밀도의 제어를 실현하고 있습니다. 서보 모터의 ‘서보’는 그리스어의 Servus(노예)가 어원으로, 명령에 따라 정확하게 움직인다는 의미를 담고 있습니다.
기존에는 직류 전류로 구동하는 DC 서보 모터가 주류를 이루었으나, 현재는 내구성과 유지보수성이 우수하고 교류 전류로 구동하는 AC 서보 모터가 주류를 이루고 있습니다. 본 기사에서는 ‘소형’이라고 표현하고 있지만, 소형에 대한 명확한 구분은 정의되어 있지 않습니다.
각 모터 제조사의 라인업에 따라 대형, 소형, 정밀 등으로 구분하고 있습니다.
소형 서보 모터의 사용 용도
소형 서보모터는 정밀한 동작이 요구되는 생산라인이나 계측장비, 의료기기 등에 사용됩니다. 구체적인 예로는 공작기계 및 산업용 로봇, 정밀기기 및 전자부품, 액정 디스플레이, 반도체 제조장치, 검사장비, 바이오 기기 등이 있습니다.
자동차 제조 공장에서 활약하는 산업용 로봇의 경우, 부품의 피킹, 용접, 도장 등의 작업을 반복적으로 정확하게 수행할 수 있는데, 서보 모터를 통한 정밀한 제어를 통해 이를 실현하고 있습니다. 우리의 일상생활에서는 각종 OA기기, 자동차 등에도 서보모터가 사용되고 있습니다.
소형 서보 모터의 원리
서보모터는 여러 기기와 결합하여 정확한 동작을 가능하게 합니다. 서보 모터의 시스템은 사령탑인 컨트롤러, 제어부인 드라이버 또는 서보 앰프, 그리고 구동부인 모터로 구성됩니다. 또한, 모터의 실제 구동 상황을 파악하기 위한 검출기가 되는 것이 인코더입니다.
서보 모터가 동작할 때, 컨트롤러에서 드라이버로 위치, 회전수, 토크, 속도 등의 동작 조건이 전달됩니다. 드라이버가 전달받은 조건과 엔코더로부터 전달받은 모터의 회전 상태 등으로부터 모터에 최적의 전력을 공급하여 모터가 컨트롤러로부터 전달받은 목표 회전 조건이 되도록 엔코더로부터의 피드백을 바탕으로 제어됩니다.
또한, 서보 컨트롤러가 드라이버에 지령을 내릴 때의 제어는 속도 제어 시스템 또는 위치 제어 시스템 중 하나의 방식이 사용되는 것이 일반적입니다.
소형 서보 모터의 기타 정보
AC 서보 모터와 DC 서보 모터의 차이점
서보 모터뿐만 아니라 모터에는 직류 모터, 교류 모터, 펄스 모터가 있습니다. 이 중 서보 모터는 직류 모터인 DC 서보 모터와 교류 모터인 AC 서보 모터가 있다. 현재 가장 널리 사용되는 것은 AC 서보모터입니다.
AC 서보모터는 로터라는 회전축에 영구자석이 사용되며, 회전축 주위에 고정자로 철심과 코일로 둘러싸인 구조로 되어 있습니다. 교류의 주파수 타이밍에 맞춰 고정자의 코일에 전류를 흘려 자기장을 발생시켜 회전축의 영구자석과 인력과 반발력을 발생시켜 회전축을 회전시킵니다.
회전축은 코일 등에는 비접촉으로 동작하기 때문에 마찰 미끄럼을 하는 부분은 베어링뿐입니다. 고정자 쪽에 전류가 흐르기 때문에 발열하는 것은 모터 외부에 있는 고정자이며, DC 모터는 회전자에 전류가 흐르기 때문에 발열하는 것도 회전자입니다. 방열성 측면에서 보면, 모터의 바깥쪽인 고정자가 발열하는 AC 모터가 방열이 잘 되는 모터가 됩니다.
반대로 DC 서보 모터는 비교적 작은 크기로도 큰 토크를 얻을 수 있습니다. 제어성이 좋고 저렴한 것도 특징 중 하나다. 그러나 DC 모터는 브러시와 정류자가 직접 접촉하여 전기를 흐르게 하기 때문에 브러시 마모가 발생합니다. 마모에 대한 유지보수가 필요하며, 환경에 따라서는 브러시 마모 가루로 인해 스파크가 발생할 수 있는 것도 단점입니다.