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제목 서보모터(Servo Motor) 이야기-01
분류 FA부품요소 > 모터/전동기 작성일 2006.07.05
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서보 모터는 일반 모터에 비해 서보 앰프에서 나오는 전압전류의 급격한 변화에 응답할 수  있도록 회전자의 관성 모멘트(J 혹은 GD2라고도 한다)와 전기적인 응답성을 특별히 고려하여 설계되어 있습니다. 또한 서보 모터를 구동시키는 서보 앰프도 속도,위치의 제어 명령을 정확하고 신속하게 서보 모터에 전달할 수 있도록 구성되어 있습니다.

이상과 같은 관점에서, 서보 모터(서보 앰프와 조합된 것)의 사용상 대표적인 특성과 일반적인 가변속장치인 범용 인버터로 구동하는 모터와의 차이를 비교하면서 설명하였습니다. 

⑴ 범용 서보의 특징과 각종 제어장치와의 비교

모터의 특성을 나타내는 일반적인 방법으로 속도토크(torque) 특성이 있습니다. 그림1.2에 서보 모터와 범용 인버터를 사용한 범용 모터의 특성을 비교하여 나타냈습니다.

이 그림에서 서보 모터의 특징으로 다음 세 가지를 들 수 있습니다.

① 속도 제어범위가 넓다.

② 토크 특성이 고속 운전시와 저속 운전시에 일정하다.

③ 최대 토크가 크다.

  

) 최대 토크가 크고 모터 관성 모멘트가 작기 때문에

    급속한 가속도가 생깁니다.

 1.1  서보 모터의 주요 성능

 

 

     

속도 제어범위

1:10005000

(1:10)

정격속도 1/1000의 속도까지 회전 안정성, 토크의 저하에 상관없이 사용할 수 있습니다.

토 크 특 성

저속운전시

토크의 저하가 없다.

연속운전 토크, 최대 토크 모두 속도제어 범위의 영역에서 일정한 출력 토크를 얻을 수 있습니다.

따라서 정격 토크 부하에서도 모든 속도 영역에서 안심하고 사용할 수 있습니다.

최 대 토 크

300%

(150%)

순간 최대 토크는 정격 토크의 약 300%를 얻을 수 있습니다.

따라서 급격한 가속/감속에 대응할 수 있으므로 고빈도 위치 결정용으로 사용할 수 있습니다.

) 사양란의 ( )안 수치는 범용 인버터의 일반적인 사양입니다.

 

AC 서보의 용도

서보 모터의 특징은 앞에서 서술한 것 이외에도, 서보 앰프와 조합했을 때 다른 가변속 장치에는 기능으로서 위치 결정을 할 수 있는 기능이 있습니다.

위치 결정 기능에 대한 상세한 사항은 2장에 기재하였는데, 여기서는 서보 특유의 위치 결정 기능과 앞의에서 서술한 특징에서 서보 모터의 대표적인 용도에 대해 설명하였습니다.

 

①  위치 결정을 필요로 하는 기계

 AC 서보는 전용 위치 결정 지령장치와 조합하여 사용하면 고정밀도로 위치를 결정할 수 있습니다.

 일반적인 미츠비시 AC 서보의 경우 모터축에서 4000131072 분할의 위치 결정이 가능하고, 이것은 24m/분~8m/분의 기계로 1μm의 위치 결정에 충분히 적용할 수 있습니다.

【적용 예 ; 공작기계, 목공기계, 운송기계, 포장기계, 인서터 마운터, 각종 피더(feeder), 각종 커터, 전용기】

②  넓은 변속범위를 필요로 하는 기계

 AC 서보는 속도제어 범위 1: 10005,000, 속도 변동율 0.03% 이하라는 고정밀한 속도제어 성능, 그리고 출력 토크가 일정하다고 하는 다른 가변속 모터에 없는 특성이 있으므로, 각종 라인 제어를 비롯한 고정밀도의 가변속 구동용으로 사용됩니다.

【적용 예 ; 인쇄기, 지공기(紙工機), 필름 제조라인, 신선기(伸線機), 권선기, 각종 전용기의 운송, 각종 반송장치, 감기풀기, 목공기 등이 주축】

③ 고빈도의 위치 결정

 위치 결정에 대해서는에서 서술한 것과 같은데, AC 서보는 정격 토크의 300%라는 최대 토크를 갖고 있으며, 모터 단체(單體)의 경우 정지에서 정격속도까지 수 10ms의 급격한 가속감속에 추종 가능하며, 1분간 100회 이상의 고빈도 위치 결정에도 대응할 수 있습니다. 또한 AC 서보를 사용할 경우, 다른 위치 결정의 방식 (클러치 브레이크, DC 모터 등)과 비교하여 기계적인 접촉부가 없어서 유지보수가 용이하고 주위 온도에 영향을 적게 받는 등 커다란 장점이 있습니다.

【적용 예 ; 프레스 피더, 제대기(製袋機), 시트 커트(seet cut), 로더 언로더, 충전기, 포장기, 각종 반송장치, 마운터, 본더】

④ 토크 제어

 속도제어, 위치제어 기능에 더하여 토크 제어까지 가능한 기종도 있으므로, 각종 감기풀기 장치와 같은 장력 제어분야에도 적용할 수 있게 되었습니다.

 

아래표에는 서보시스템에 많이 쓰이는 실용단위와 SI단위(International System of Unit)의 환산표를 보인다.

명 칭

실용단위

SI 단위

환 산 량

, 하중

kgf

N

1Kgf = 9.807N

중 량

Kgf

실용 단위의 중량과 SI단위의

질량은 수치가 같다.

질 량

kgf · S2

/cm 

kg 

실용 단위의 중량과 SI단위의

질량은 수치가 같다.

토오크 

kgf · cm

N · cm

1kgf · cm = 9.807N

이너셔 

gf · cm · S2

 

kg · m2

 

1gf · cm · S2

 = 0.987 x 10-4

 kgm2

 

GD^2 

kgf · m2

 

 

J = GD2

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