모터의 기본 원리

개요

모터는 종류, 형태, 크기가 다양합니다. 모션 제어에 사용되는 대부분의 모터는 스텝퍼 모터와 서보 모터의 두 가지 범주로 나눌 수 있습니다. 이 문서에서는 이러한 두 가지 유형의 모터에 대해 설명합니다.

내용

스텝퍼 모터

 스텝퍼 모터는 비슷한 크기의 서보 모터보다 저렴하고 일반적으로 사용하기 쉽습니다. 별개의 스텝으로 작동하기 때문에 스텝퍼 모터라고 합니다. 스텝퍼 모터를 제어하려면 스텝퍼 드라이브와 컨트롤러가 필요합니다. 스텝퍼 모터를 제어하려면 스텝과 방향 신호를 드라이브에 입력하면 됩니다. 그러면 드라이브가 신호를 해석한 후 모터를 구동합니다. 스텝퍼 모터는 개방형 루프 구성(피드백 없음)에서 구동할 수 있으며 저비용 어플리케이션에 적합합니다. 일반적으로 스텝퍼 모터는 저속에서는 높은 토크를 갖지만 고속에서는 낮은 토크를 갖습니다. 또한 드라이브에 마이크로스텝핑 기능이 없는 경우 저속에서의 움직임이 고르지 않습니다. 더 높은 속도에서는 고르게 동작하지만 토크는 그만큼 작아집니다. 유휴 상태일 때 스텝퍼 모터는 스텝퍼 모터 권선에 전류가 지속적으로 흐르기 때문에 비슷한 크기의 서보 모터보다 홀딩 토크가 높습니다.

스텝퍼 모터의 장점


서보 모터에 비해 스텝퍼 모터의 장점은 다음과 같습니다.

  • 저렴한 가격
  • 개방형 루프에서 동작(피드백 필요 없음)
  • 뛰어난 홀딩 토크(브레이크/클러치 제거)
  • 저속에서 우수한 토크
  • 유지 보수 필요성 낮음(브러시리스)
  • 매우 견고함 - 모든 환경
  • 정밀한 위치 제어에 탁월
  • 튜닝 불필요

스텝퍼 모터의 단점

서보 모터와 비교할 때 스텝퍼 모터의 단점은 다음과 같습니다.

  • 마이크로스텝핑을 사용하지 않는 한 저속에서 고르지 않은 성능
  • 부하에 관계없이 전류 소비
  • 다양한 크기로 제공되지 않음
  • 소음이 심함
  • 속도가 증가하면 토크 감소(고속에서 더 높은 토크를 얻으려면 대형 모터 필요)
  • 제어 루프 없이 작동하면 멈추거나 위치를 고정하지 못할 수 있음

서보 모터

서보 모터와 스텝퍼 모터의 주요 차이점 중 하나는, 정의상 서보 모터는 제어 루프를 사용하여 동작하며 일종의 피드백이 필요하다는 점입니다. 제어 루프는 모터의 피드백을 사용하여 모터가 원하는 상태(위치, 속도 등)에 도달하도록 돕습니다. 제어 루프의 종류는 다양합니다. 일반적으로 서보 모터에는 PID(Proportional-Integral-Derivative, 비례-적분-미분) 제어 루프가 사용됩니다.

PID와 같은 제어 루프를 사용하는 경우 서보 모터를 튜닝해야 할 수 있습니다. 튜닝은 모터가 바람직한 방식으로 반응하도록 만드는 과정입니다. 모터 튜닝은 매우 어렵고 지루한 과정일 수도 있지만, 사용자가 모터의 동작을 더 섬세하게 제어할 수 있다는 점에서 장점이기도 합니다.

서보 모터에는 상태를 확인하는 제어 루프가 있으므로 일반적으로 스텝퍼 모터보다 더 안정적입니다. 스텝퍼 모터는 어떤 이유로든지 스텝을 놓치면 제어 루프가 없으므로 이동 중에 놓친 스텝을 조정할 수가 없습니다. 서보 모터의 제어 루프는 모터가 올바른 경로에 있는지 지속적으로 확인하고 그렇지 않은 경우 필요한 조정을 수행합니다.

일반적으로 서보 모터는 마이크로스텝핑을 사용하는 경우를 제외하면 스텝퍼 모터보다 부드럽게 작동합니다. 또한 속도가 증가해도 서보의 토크가 일정하게 유지되므로 고속(일반적으로 1,000RPM 이상)에서 스텝퍼 모터보다 낫습니다. 서보 모터의 작동 방식에 대해 자세히 알아보려면 아래 관련 링크를 참조하십시오.

서보 모터의 장점


스텝퍼 모터에 비해 서보 모터의 장점은 다음과 같습니다.

  • 높은 간헐적 토크
  • 높은 토크 대 관성 비
  • 고속
  • 속도 제어에 적합
  • 다양한 크기로 제공됨
  • 정숙한 작동

서보 모터의 단점

스텝퍼 모터에 비해 서보 모터의 단점은 다음과 같습니다.

  • 스텝퍼 모터보다 비싼 가격
  • 개방 루프 구성으로는 작동할 수 없음 - 피드백 필요
  • 제어 루프 파라미터 튜닝 필요
  • 브러시 DC 모터의 경우 브러시로 인해 유지 보수 필요성이 더 높음