Top 43 서보 모터 구조 12563 Votes This Answer

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서보모터 분해 내부구조 (feat. 엔코더 깨짐)

[서보모터]서보모터의 원리,종류 그리고 구조 : 네이버 블로그

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Most searched keywords: Whether you are looking for [기계] 서보모터란? 정의와 종류 (Servo Motor) Updating 안녕하세요. 오늘은 서보모터에 대해서 알아보겠습니다. 기본적으로 서보모터는 로봇의 움직임을 제어하기 위해 산업 현장에서 가장 많이 쓰이는 모터 중 하나입니다. 로봇의 속도, 가감속, 위치 등을 제어하기 위..
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[서보모터]서보모터의 원리,종류 그리고 구조

서보모터(Servo Motor)는, 모터와 제어구동보드(적당한 제어 회로와 알고리즘)을 포함하는 것으로, 모터자체만 가지고 서보모터라

하지 않는다. 즉, 서보모터라는 개념이 모터의 구동시스템까지 포함하는 것이기에, 모터 자체만 가지고 ‘이것이 서보모터냐 아니냐’를

따지는 것은 아니다.

서보(Servo)라는 용어는, ‘추종한다’ 혹은 ‘따른다’는 의미로써 명령을 따르는 모터를 서보모터라고 한다.

그 쓰임의 예를 들면, 공작기계, CCTV카메라, 캠코더, DVD, 프린터 등 사용되는 모터가 명령에 따라 정확한 위치와 속도를 맞출 수

있는 것을 말한다.

DC모터, AC모터, BLDC모터, 리니어모터 같이 단순히 하나의 모터만으로 구성되면 서보모터라고 하지 않으며, 이 모터를 사용하여

적절한 구동시스템을 구축하고 위치,속도를 명령으로 제어시킨 경우 서보모터라고 부른다.

아래 블럭도를 보면, 명령장치로부터 제어목표값(위치,속도,기타)을 지시받고 검출기를 통해서 현재값(위치,속도,기타)을 검출하여

목표값 대비 현재값의 차이가 항상 작게 만드는 피드백회로임을 알 수 있다.

⊙ 서보의 종류

FA(Factory Automation)용 서보모터는 분류방법에 따라 여러가지로 분류가 가능하나 ,

여기서는 가장 간단하고 실용적인 종류로 분류하여 설명하기로 한다.

-DC 서보모터

-AC 서보모터 : 동기기형 AC Servo Motor

– SM 형(Synchronous Type AC Servo Motor) 혹은 브러시러스 DC 서보모터(Brushless DC Servo Motor)

유도기형 AC Servo Motor

– IM 형 서보모터(Induction Type AC Servo Motor)

위의 Motor 외에도 서보 시스템화가 가능한 FA 용 모터로 스텝핑 모터(Stepping Motor) 혹은 펄스 모터(Purse motor)가 있다.

⊙ 서보모터의 구조

• DC 서보모터

DC 서보모터의 구조는 앞그림에서 보는 바와 같이 고정자측 구성은 자로 및 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형의

프레임과 프레임 내경에는 자석이 부착되어 있다. 회전자측 구성은 샤프트와 샤프트 외경에 정류자 및 회전자 철심이

부착되어 있고 회전자 철심내에 전기자 권선(Coil)이 감겨져 있다. 전기자 권선에 정류자를 통하여 전류를 공급하는

브러시(Brush) 및 브러시(Brush Holder) 홀더가 부착되어 있다.

Bracket 과 Flange 에는 Bal Bearing 이 있어서 회전자를 받쳐주고 있다. Bracket 뒤쪽에는 회전속도신호를 검출하는

검출기가 회전자와 연결되어있는데 광학식 인코더 혹은 타고 제너레이터를 많이 사용한다.

DC Servo Motor 는 토오크와 전류가 비례하여 선형 제어계의 구성이 가능하므로 비교적 간단한 회로로 안정된 제어계

설계가 가능하다. DC Servo Motor 는 최고 속도와 그 점에서의 허용 토오크는 정류 불꽃에 의해 제약을 받는다.

DC Servo Motor 의 구동 방식은 트랜지스터에 의한 펄스폭 변조방식이 주류를 이룬다. 이 방식은 사용 주파수 전원을

정류하여 직류를 얻어 이 직류 전원이 모터에 인가되는 시간폭을 주파수의 반송파에 의해 변화되어 가변 전압을 만들어

모터의 속도 제어를 행한다. 이런 방식의 제어는 응답성이 좋고 부하 마찰 토오크가 국부적으로 변화하므로 다관절 로봇과

같이 자세에 의한 모터축 환산부하 관성이 크게 변하는 계에서도 충분히 안정된 제어를 행할수 있다.

• 동기기형 AC 서보모터

고정자측 구성은 기계적지지를 목적으로 하는 원통형의 프레임과 프레임 내경에 원통형의 고정자 코어(Stator Core)가

있고 코어에 전기자 권선이 감겨져 있다. 권선 끝단에는 리드선이 나와 있어서 이 리드선으로 부터 전류및 전압이 공급된다.

화전자측 구성은 샤프트와 샤프트 외경에 자석이 부착되어 있다. 양쪽 브라켓 및 플랜지에는 볼 베어링이 부착되어 있다.

동기기형 AC 서보 모터는 DC 서보모터와 반대로 자석이 회전자에 부착되어 있고 전기자 권선은 고정자측에 감겨져 있다.

따라서 정류자나 커뮤니케이터 없이도 외부로부터 직접 전원을 공급받을수 있는 구조이기때문에 브러시러스 DC

서보모터라고도 한다.

동기기형 AC 서보모터도 DC 서보모터와 마찬가지로 광학식 인코더나 리졸버를 회전속도 검출기로 사용한다. 동기기형 AC

서보모터는 회전자에 자석, 즉 페라이트 자석 혹은 희토류(Rare Earth)자석을 사용하여 계자 역할을 한다.

동기기형 AC 서보모터는 전기자 잔류와 토오크의 관계가 선형이므로 제동이 용이하고 비상정지시에 다이나믹 브레이크가

작동한다. 그러나 회전자에 영구자석을 사용하는 구조이므로 복잡하고 제어시 회전자 위치를 검출해야 할 필요가 있다. 또한

드라이브로부터의 전기자 전류에는 고주파 성분이 포함되어 있어서 토오크리플(Torque Ripple) 및 진동의 원인이 되는 경우가

있다.

• 유도기형 AC 서보모터

유도기형 AC 서보모터의 구조는 일반 유도기(Induction Motor)의 구조와 똑같다. 즉 , 고정자측은 프레임, 고정자 코어,

전기자 권선,리드선으로 구성되어 있고, 회전자는 샤프트, 회전자 코어, 그리고 코어 외경에 도전체(Conductor)가 조립되어

있다. 컨덕터는 코어 외경에 축 방향으로 경사지게 많은 슬롯이 나 있는데 링 형상의 코어 양단면과 슬롯에는 순도 높은

알루미늄 봉이 차 있어서 바구니 모양과 비슷하다.

유도기의 경우 회전자와 고정자의 상대적인 위치 검출 센서가 필요치 않다.

유도기형은 회전자 구조가 간단하고 검출기도 특수한 것이필요없다. 그러나 정지시에도 여자전류를 계속 흘려야 하므로

이것에 의한 발열 손실과 비상정지시에 DC 서보모터와 같이 전기자 권선을 단락하여 다이나믹 브레이크를 걸어주는것이

불가능한것 등의 결점이 있다.

종류 장점 단점 DC 서보모터 . 기동토크가 크다 . 크기에 비해 큰 토크 발생 . 효율이 높다. . 제어성이 좋다. . 속도제어 범위가 넓다. . 비교적 가격이 싸다.

. 브러시 마찰로 기계적손실이 크다. . 브러시의 보수가 필요. . 접촉부의 신뢰성이 떨어진다. . 브러시에 의해 노이즈 발생. . 정류에 한계가 있다. . 사용환경에 제한이 있다. . 방열이 나쁘다.

AC서보모터 . 브러시가 없어 보소 용이. . 내 환경성이 좋다. . 정류에 한계가 없다. . 신뢰성이 높다. . 고속,고토오크 이용가능. . 방열이 좋다. . 시스템이 복잡하고 고가. . 전기적 시정수가 크다. . 회전 검출기가 필요.

유동기형 AC서보모터 . 브러시가 없어서 보수 용이. . 내환경성이 좋다. . 정류에 한계가 없다. . 자석을 사용치 않는다. . 고속,고토오크 이용 가능. . 방열이 좋다. . 회전검출기가 불필요.

. 시스템이 복잡하고 고가. . 전기적 시정수가 크다.

• Stepping Motor (스텝모터/스테핑모터)

스테핑 모터에는 하이브리드(HB)형, 영구자석(PM)형,리럭턴트(VR)형의 3 가지가 있다.

HB 형 스텝핑 모터의 구조는 아래 그림과 같다. 그림과 같이 로터의 중심부의 길이 방향으로 자화된 원통형의 영구자석이

있고 이것을 전후에서 끼우듯이 다수의 작은 기어를 가진 연자성체(대부분의 경우 성층 규소강판)가 반 피치 위상지연의

상태에서 배치되어 있다. 스테이터에 대해서는 여자용 코일의 갯수가 짝수로 철심에 감겨있다.

HB 형 스텝핑 모터는 중심부의 자석 효과만을 보면 PM 형 모터이며, 자석이 없는 연자성체만을 보면 VR 형 모터가 된다.

이같은 의미에서 HB 형은 VR 형과 PM 형의 구조이다.

스텝핑 모터의 출력 토오크는 여자 전류값에 비례하여 증대되지만, 과대 전류에서는 출력 포화가 발생한다. 출력 토오크 증대의

수단으로서 그림의 HB 구조를 축방향으로도 많이 연결한다. 무여자시의 발생 토오크르르 디텐트(Detent)토오크라고도 하는데,

특별한 경우를 제외하고 이것을 작게 하는 것과 정지각도 오차(피치 오차)를 기본 스텝 각에 대하여 30% 이내로 억제하여는 노력을 하고 있다.

Stepping Motor 의 특성

스테핑 모터는 입력 펄스 신호에 대해 여자 조건이 변할때마다 일정각도 회전하는 모터이다.

1) 모터의 회전각도는 입력펄스 신호에 완전히 비례한다.

2) 1 step 당 각도 오차가 작고 오차는 누적되지 않는다.

3) 기동,정지,정.역회전의 응답성이 좋다.

4) 디지탈신호등의 펄스 입력에 Open-loop-control 이 가능하고 시스템 구성 회로가 간단하다.

5) 모터 축에 부하를 직접 연결시킨 상태에서 초저속 동기 운전이 가능하다.

6) 브레이크 등을 사용하지 않아도 정지위치 제어가 가능하다.

7)펄스 신호의 입력 주파수에 비례하여 회전속도가 가변하고 저속부터 고속회전(광범위)이 가능하다.

[스크랩] 서보 모터 (Servo Motor)의 내부 구조와 회전 원리

서보 모터 (Servo Motor)의 내부 구조와 회전 원리 1. 서보(Servo)의 정의 “서보 (Servo)”란 “서보 메 카니즘 (Servo Mech an i sm)”의 줄임말로써, 일본 공업규격(JIS)에서는 『 물 체의 위치, 방위, 자세 등을 제어량으로 하고, 목표치의 임의 변화에 추 종하도록 구성된 제어계』 라고 정의되어 있다. 또한 서보 (Servo)는 Servant 와 관계가 있어서 주인의 명령에 충실한』이라 는 의미를 갖고 있 다. 그러므로 서보 모터란『주 인의 명령에 따라 충실하게 동작하는 모터』를 가리킨 다. 여기에 서 동작이란 위치, 속도 및 가속 도의 3 요소로 되 어 있으나, 실용적으로는 위치 제어와 속도제어 로 분류하는 경우가 많다. 서보 모터란 빈번하게 변화하는 위치나 속도의 명령 (목표치) 에 대해서 신속하고, 정확하게 추종할 수 있도록 설계된 모터를 의미한다. 이 때문에 큰 가속도에 의해서 기동하거나 정지하는 능력을 갖추고 있어야 한다. 그러므로 모터가 큰 가속도를 얻으려면 다음과 같은 두 가지 조건을 만족해야 한다. ◦회전력(Torque, 토오크)이 클것. ◦회전자(Rotor)의 관성모멘트가 작을것. 2. 서보 모터(Servomotor)의 분류 서보 모터는 자동화시스템에서 동력발생기(Actuator)로 사용되는 중요한 요소이다. 이러한 서보 모터는 경량, 소형, 설치의 용이성, 고효율성, 정확한 제어성, 유지보수의 용이성 등의 특징들을 갖추어야 한다. 특히 많은 모터가 설치된 무인 자동화공장 등에서는 유지,보수가 용 이한 서보 모터의 특징이 커다란 이점으로 작용한다. 서보 모터는 크게 DC 서보 모터와 AC 서보 모터로 구분되어지고, 특히 AC 서보 모터를 브러시리스 서보 모터(Brushless Servo motor)라고 한다. 2-1. DC 서보 모터 (DC servomotor) DC 서보 모터의 구조는 그림 1.1(a)에 나타난 것과 같이 고정자 (stator)는 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형의 프레임 (frame)과 프레임 내경에는 씁구자석이 부착되어 있다. 회전자 (rotator)는 샤프트 (shaft)와 샤프트 외경에 정류자 및 회전자 철심이 부착되어 있고, 회전자 철 심 내에는 전기자 권선이 감겨져 있다. 정류자(commu t ator) 를 통하여 전기자 권선(armature coil)에 전류를 공급하는 브러시 (brush) 및 브러시 홀더 (brush holder)가 부착되어 있다. 브라켓 (bracket) 뒤쪽에는 회전속도를 검출하는 검출기가 회전자와 연결되어 있는데, 검출기로는 광학식 엔코더 (optical encoder) 혹은 타코제너레이터 (tacho-generator) 등이 이용된다. 그림 1.1 서보 모터의 구조 DC 서보 모터는 토오크와 전류가 비례하여 선형제어계의 구성이 가능함으로 비교적 간단 한 회로로 안정된 제어 계 설계가 가능하다. DC 서보 모터의 구동방식은 반도체 스위칭 소 자를 이용한 펄스폭 변조 방식 (Pulse Wi dth Modulation 방식)이 주류를 이룬다. 이 방식은 상용 AC 전원을 정류하여 DC 전원을 얻고, 이러한 DC 전원이 모터에 인가되는 시간폭을 변화시켜 모터에 인가되는 평균전압의 크기를 조절하는 방식이다. 2-2. AC 서보 모터 (AC servomotor) AC 서보 모터의 구조는 그림 1.1(b)에 나타난 바와 같이 고정자 (stator)는 기계적 지지를 목 적으로 하는 원통형의 프레임과 프레임 내경에 원통형의 고정자 코어 (stator core)가 있고, 코어에 전기자 권선이 감겨져 있다. 권선 끝에는 리드선이 나와 있어서 이 리드선으로부터 전류 및 전압이 공급된다. 회전자는 샤프트와 샤프트 외경에 씁구자석이 부착되어 있다. AC 서 보 모터는 DC 서보 모터와 반대로 씁구자석이 회전자에 부착되어 있고, 전기자 권선은 고정 자측에 감겨져 있다. 따라서 정류자와 브러시 없이도 외부로부터 직접 전원을 공급받을 수 있는 구조이기 때문에 AC 서보 모터를 브러시리스 서보 모터 (Brushless servomotor) 라고도 한다. AC 서보 모터로써 널리 사용되는 브러시리스 서보 모터는 다음과 같은 장점을 갖고 있다. ◦높은 최대속도와 용량의 증대 ◦악조건 하에서의 신뢰성 확보 ◦낮은 유지비와 저소음 ◦구조적 간결성 ◦설치의 용이성 브러시리스 서보 모터는 반도체 스위칭 소자인 사이리스터 (thyristor) 기술의 발달에 따라서 대용량이 요구되는 산업현장에 널리 사용되고 있다. 이와 같이 브러시리스 서보 모터의 적용 이 늘어가는 이유는 다음과 같다. ◦파워 트랜지스터의 용량 증대와 가격인하 ◦PWM 인버터에 의한 전류제어 기술의 발달 -씁구자석 재료의 개발 -센서 기술의 발달 -제품의 소형화 결국, 브 러시리스 서보 모터는 DC 모터의 정확한 제어성과 AC 모터의 견고성을 동시에 겸 비한 특징을 갖고있다. 또 한 정 류자 에 의한 전력 손실이 없고, 유지비가 거의 들지 않으므로 경제적으로도 유리한 이점을 갖고있다. 브러시리스 서보 모터의 가장 큰 특징은 DC 모터의 정류자 기능을 반도체 소자를 이용한 전력변환기로 대체한 점이다. 3. AC 서보 모터의 내부구조와 회전원리 3-1. DC 서보 모터와 AC 서보 모터의 구조적 비교 그림 3.1 DC 서보 모터의 내부구조 (2 극의 경우) DC 서보 모터의 구조적 특징을 살펴보면 그림 3.1 과 같다. 먼저 고정자 (Stator)는 씁구자석 (Permanent magne t )으로 구성되어 있으며, 회전자(Rotator)는 코일이 감겨진 전기자로 구성되어 있다. 씁구자석은 고정되어 있고, 전기자가 회전하는 “회전 전기자형”으로 구성되어 있다. 모터의 전원선으로 2 개의 선이 나와있으며, 여기에 단상의 DC 전원이 공급됨으로써 회전자 가 회전하게 된다. 공급된 전원은 브러시 (Brush)를 통해서 회전하는 전기자 코일에 공급된다.모터의 축에는 위치나 속도검출을 위한 각종 검출기가 연결되어 있다. 대표적인 검출기로는 타코메타(Tachometer) 혹은 엔코더 (Encoder) 등이 있다. 그림 3.2 AC 서보 모터의 내부구조 (2 극의 경우) AC 서보 모터의 구조적 특징을 살펴보면 그림 3.2 와 같다. 먼저 고정자 (Stator)는 코일로 감 겨진 전기자로 되어있고, 회전자는 씁구자석 (계자)으로 구성되어 있다. 따라서 이를 “회전 계 자형”이라고 한다. 이러한 구조는 DC 서보 모터와 정반대의 구조를 갖고 있음을 알 수 있다. 또한 모터의 전력선에는 AC 전원이 공급되며, 전기자 권선이 고정자에 감겨있으므로 브러시 가 필요 없다. 따라서 AC 서보 모터는 브러시리스 모터 (Brushless motor) 이다. 오랜 동안 제어가 비교적 용이한 DC 서보 모터가 주로 사용되었으나, 브러시의 마모에 따 른 많은 유지와 보수를 필요로 하기 때문에 최근에는 브러시가 없어 유지, 보수가 쉬운 AC 서보 모터가 많이 사용되고 있다. 3-2 AC 서보 모터의 내부구조 그림 3.3 3 상 2 극 AC 서보 모터 그림 3.3 는 AC 서보 모터의 내부구조를 나타내고 있다. 먼저 고정자 철심에는 4가닥의 전 선이 결선되어 있다. 이중에서 접지선 (Frame Ground Line)을 뺀 나머지 3 가지의 선이 모터의 상수(Phase number)를 나타낸다. 그림에서 보듯이 AC 서보 모터는 3 상(Three-phase)으로 구성 된 3 상 모터로써, 각각의 상을 U 상, V 상, W 상이라고 한다. 그림 3.3(b) 는 모터의 고정자에 결선된 코일을 등가적으로 간단히 나타낸 것이다. 한편 모터의 축에 연결된 회전자는 씁구자 석(Permanent magnet)으로 구성되어 있으며, 그림에서 보듯이 N 극과 S 극으로 구성된 2 극모 터의 구조를 하고있다. 따라서 그림 3.3 에 나타난 모터를 3 상 2 극 AC 서보 모터 (Three-phase Tw o -pole AC Servomotor)라고 한다. 그림에서는 내부구조를 설명하기 위해 간단히 2 극으로 나타내었다. 모터의 극의 개수가 많을수록 구조는 복잡해지고 가격은 비싸지만, 성능은 우수하다. 3-3. AC 서보 모터의 회전원리 AC 서보 모터의 회전원리를 이해하기 위해서는 회전자계 (Rotating Magnetic Field)의 개념을 이해해야 한다. 그림 3.4 에서 U+, U-, V+, V-, W+, W-는 각 상에 결선되어 있는 코일의 시작과 끝을 나타낸다. 이와같이 3 상으로 이루어진 고정자 권선에 3 상전원을 인가하게 되면 그림 3.4 와 같이 120 도의 위상차를 갖는 3 상의 전류가 흐르게 된다. 각 상의 고정자 권선에 흐르는 전류를 상전 류(Phase current)라고 한다. 모터는 상전류에 의해서 회전력 (토오크)이 발생하는 기기로써, 모 터를 제어한다는 것은 모터의 각 상에 흐르는 상전류를 제어하는 것과 같다. 그림 3.4 고정자 권선에 흐르는 3 상전류(상전류) 그림 3.4 와 같은 3 상 전류에 의해서 모터가 여자 (Exciting) 되면, t=t1 시점에서 U 상은 정 (+) 이고, V 상과 W 상은 부 (-)가 된다. 여기에서 부 (-)가 의미하는 것은 전류의 방향이 바뀌는 것 을 의미한다. 또한 전류의 방향이 바뀌면 이에 따른 자장의 극성도 바뀌게 된다. 이때 고정 자와 회전자에 형성되는 자장의 분포가 그림 3.5(a) 에 나타나 있다. 그림에서 보면 고정자의 자속과 회전자의 자속이 전기적으로 60 도의 위상차를 나타내고 있으며, 이 때 고정자와 회 전자 사이에는 인력과 척력이 작용하여 화살표 방향으로 힘을 받게 된다. 다음 단계로 t=t2 시점에서 U 상과 V 상은 정 (+)이고, W 상은 부 (-)가 된다. 이때 고정자와 회전자에 형성되는 자장의 분포가 그림 3.5(b) 에 나타나 있다. t = t1 의 경우에 비해서 시계방향으로 60 도 회전한 상태가 된다. 다시 말하면 t1 의 시점에서 t2 의 시점으로 3 상 전류의 위상관계가 변하면, 먼 저 고정자의 자장이 시계방향으로 60 도 만큼 회전하게 된다. 그 결과 회전자의 자장이 고정 자 자장의 회전방향 (시계방향)을 따라서 회전하게 된다. 이와 같은 방식으로 연속적인 자계 의 회전이 설명된다. 결국 고정자 권선에 3 상 전류가 흐름으로써 연속적으로 회전하는 회전 자계가 발생하게 되고, 이에 따라 회전자는 고정자에서 발생되는 회전자계의 회전방향으로 회전하게 된다. 그림 3.5 회전자계의 발생 (2 극의 경우) 그림 3.4 와 그림 3.5 에서 보듯이 모터의 회전속도는 공급되는 전원의 주파수와 관계가 있음 을 알 수 있다. 이들 관계를 수식으로 정리하면 다음과 같은 결론을 얻을 수 있다.

[기계] 서보모터란? 정의와 종류 (Servo Motor)

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안녕하세요.

오늘은 서보모터에 대해서 알아보겠습니다.

기본적으로 서보모터는 로봇의 움직임을 제어하기 위해 산업 현장에서 가장 많이 쓰이는 모터 중 하나입니다.

로봇의 속도, 가감속, 위치 등을 제어하기 위하는 이 서보모터란 무엇인지, 원리는 어떻게 되는 것인지, 종류는 어떤 것들이 있는지에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

서보 모터란?

우선 서보(Servo)의 뜻부터 알아보도록 하겠습니다. 서보(Servo)란 서보 메커니즘(Servo Mechanism)의 줄임말로 “목표치의 임의 변화에 추종하도록 구성된 제어계”라고 정의하고있습니다.

다시 말해, 원하는 목표에 도달하기 위해 바뀌는 여러 변화들을 설계자의 의도에 맞게 움직이면서 목표에 도달하도록 작동하는 것을 말합니다. 일반적인 산업 현장에서는 속도, 가속도, 위치값을 변화값으로 설정하여 이를 추종하도록 합니다.

즉 서보 모터란 쉽게 설명하면, 설계자의 의도에 충실하게 작동하는 모터를 말하지만, 서보 모터는 모터와 제어구동보드를 포함하는 단어이기 때문에 특정 모터를 보고 서보 모터냐 아니냐를 판단하는 용어는 아닙니다.

자세히 풀어서 이야기하면, 구동시스템(피드백 회로)를 구축하고 있는 모터를 사용하여 위치, 속도, 가감속도를 제어시키는 경우에 서보 모터라고 부릅니다.

서보 모터의 종류

DC 서보 모터

DC 모터는 전류의 흐름대로 한방향으로만 회전할 수 있으며, 구조가 간단하고 제어가 쉽습니다.

DC 모터의 원리를 말씀드리면, 전류가 단자로 공급되고 브러시와 정류자의 마찰로 코일로 전류가 이동하게 되며, 영구자석과 상호작용으로 생성된 자기장으로 모터를 회전시키게 됩니다. 이 회전을 검출기가 감지하여 제어부로 신호를 보내 움직임을 제어하는 것이 DC서보모터입니다.

해당 모터의 구성품은 다음과 같습니다.

외부로 보았을 떄는 금속 케이스, 축, 단자가 있고 내부에는 케이스 내경에 붙어 있는 영구 자석과, 회전자, 암, 코일, 정류자(회전자 뒤쪽), 브러시, 브러시 홀더(암) 등으로 구성되어 있습니다.

단자에 연결된 전원 공급부로 부터 전류가 코일을 통과하면 전자기장에 생성됩니다. 생성된 전자기장과 양쪽 영구자석을 제어하여 회전 운동을 만들게 됩니다.

자세히 말씀드리면, 단자로 부터 전류가 공급되면 브러시를 통해 정류자로 전류가 전달됩니다. 이때, 정류자는 축과 고정되어 있고 브러시는 브러시 홀더 및 단자와 고정되어 모터 하부에 커버에 장착되어 있기 때문에 정류자에게 전류를 전달할 때, 마찰이 발생하게 됩니다.

정류자로 이동한 전류는 모터 내부 코일(권선)로 이동하게 됩니다. 이때 모터 케이스에 장착되어 있던 영구 자석과 코일내부의 전류 흐름을 통해 힘이 생성 됩니다.(플레밍의 왼손 법칙)

입력측(정류자 쪽)에서 출력측(구동부와 연결되는 쪽)으로 움직이는 전류는 코일을 위로 움직이게 하고 다시 반대로 돌아오는 코일은 아래쪽으로 움직이게 하여 축을 회전 시킵니다.

출처 : https://m.post.naver.com/viewer/postView.nhn?volumeNo=14081753&memberNo=3303032&vType=VERTICAL

추가로 모터 뒤쪽에는 DC모터의 움직을 감지하는 검출기가 장착되어 있으며, 이 검출기는 보통 엔코더나 타고 제너레이터가 많이 사용합니다.

DC모터에는 가감속 영역이라고 불리는 정류한계가 있는데, 이를 넘어서면 Flash Over현상이 발생합니다. 또한, DC모터의 속도가 빠를 수록 정류한계가 낮아지기 때문에 고속형 모터로는 적합하지 않습니다.

(Flash Over : 정류자 불꽃이 갑자기 커지는 현상)

앞에서 말씀드린 바와 같이 DC모터만을 보고 DC서보모터라고 하지 않습니다. 검출기를 통하여 움직임의 신호를 감지하고 해당 움직임을 제어할 수 있는 제어부가 함께 있어야 DC서보모터라고 할 수 있습니다.

AC 서보 모터

AC모터는 큰 틀에서 설명하면, 회전자에 코일이 감겨있는 것이 아니라, 프레임 내부에 코일이 감겨 고정되어 있으며, 회전자에 영구자석이나 도전체가 있어 코일이 생성하는 전자기장과 상호작용하여 움직입니다.

AC 서보모터는 동기형(동기형) 서보모터, 유도형(유도기형) 서보모터(인덕션 모터)로 나뉘어집니다.

– 동기기형 AC 서보모터 (SM형)

프레임과 프레임 내부에 코일이 감겨져 있고 회전자에 영구자석이 있는 사양입니다. 단순히 생각해서 DC모터에서 코일과 영구자석의 위치가 바뀌었다고 생각하면 됩니다.

하지만, DC모터와 달리 브러시와 정류가의 상호작용이 필요없기 때문에 브러시리스 DC서보모터라고도 불린다. DC모터와 유사하게 전기자 잔류와 토크와의 관계가 선형이기 때문에 제동에 용이하며, 코일을 단락시켜 비상정지 시에 다이나믹 브레이크가 작동할 수 있다.

출처 : 콘트론

AC모터는 정류한계가 존재하지 않기 때문에 고속 회전 영역까지 최대 토크를 줄이지 않고 사용할 수 있습니다. 또한 영구자석이 회전자에 결합되어 있기 때문에 발열이 회전자에서 발생하지 않고 고정자(전기자)에서 발생하기 때문에 모터 프레임에서 열을 분출시켜주는 기구적인 설계가 동반되어야 합니다.

추가적으로 구동측의 위치를 감지하는 검출기는 기본으로 있어야하고 동기기형의 경우 회전자와 고정자의 상대적인 위치를 알 수 있는 장치도 필요합니다.

– 유도기형 AC 서보모터 (IM형)

유도기형은 인덕션 모터와 구조와 원리가 비슷합니다. 동기기형과 같이 고정자측에 코일이 있지만, 영구자석 대신 도전체가 결합되어 있습니다. 전기자 쪽은 코일이 3가지 상으로 연결되어 있으며, 이 코일들이 삼상으로 유도되면서 연쇄 자기장을 일으켜 도전체(로터)를 움직여 모터를 구동하게 만듭니다.

유도기형의 경우 회전자와 고정자의 상대적인 위치 검출 센서가 필요치 않고, 회전자 구조가 간단합니다. 그러나 정지시에도 여자 전류를 계속 흘려야 하므로 이것에 의한 발열과 비상 정지시에 DC 서보모터와 같이 코일을 단락시켜 다이나믹 브레이크를 걸어주는것이 불가능한것 등의 결점이 있다.

다음 글에서는 서보모터의 작동 원리에 대해서 전자기 적으로 자세히 다루는 시간을 가져보겠습니다.

감사합니다.

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