서보모터 사양 설명 - 초보용

기구설계자가 모터구동용 축을 설계할 때 가장 먼저 고민하는 부분은 축구성에 대한 모터의 구동능력(=사양)이다.

따라서, 가장 먼저 확인해야 할 자료가 모터카다로그 인데,

아무런 생각 없이 들여다 보면 봐도 본게 아닌게 되고, 이게 뭘까...란 의문이 들고 난 후 이해 할때 까지의 시간이 생각보다 길다.

그래서, 설계초보에게 도움이 될 만한 정보를 기술해 보려고 한다.

"왜 이 회사가 이 모터를 갖다 파는데 있어서 이런 수치를 기재해 놓았을까?"

모터 카다로그에 기재된 항목과 값들이 의미하는 바를 알아야 한다.

그래야 설계과정에서 참고를 하고 선정을 할게 아닌가.

"우리회사 모터를 선정 하실 때 주로 확인하셔야 할 것들이 이거이거 입니다.

라는거다.

학습자의 관점에서는 카다로그의 항목들 자체가 주는 정보도 상당한 거다. 

"아 모터 사양 검토할때 이러이러한 항목들이 필요하구나" 

라는 자각이 있는 초보면 좋겠다.

그런데, 그 수치들 중에서 어떤거를 주목해야 할까

위 자료는 P사 모터 카다로그의 사양표 일부를 캡쳐한 것이다.

쉽게 구할 수 있는 카다로그 하나로 예를 들어 각 항목이 의미하는 것들에 대해 간략히(매우 후려쳐) 설명해 보겠다.

1. 방수등급

IP65, IP67 이라 기재된 것은 방수등급이다.

이 모터는 이정도 등급의 환경에서도 사용하능하도록 방진방수 처리 되어 있다는 말이다.

일반적인 환경에서는 특별히 신경쓰지 않아도 되지만,

구동모터가 습도환경에 배치될 경우,혹은 가혹한 분진이 발생하는 환경일 경우에는 확인해야 한다.

습기나 먼지가 내부 유입이 될 경우 모터 수명에 치명적이기 때문이다.

참고 : IP등급에 관해

2. Rated output (정격출력)

서보모터의 일반적인 규격에 대한 호칭이다.

통상 서보모터의 크기(용량)을 칭할때 정격출력(와트:WATT)로 칭한다.

참고로, 정격출력과 정격구동RPM을 알면, 정격토크가 계산된다.

3. Rated torque (정격토크)

서보모터에서 가장 중요한 값이다. 이 값은 축의 부하토크(정확히는 유효부하토크)와 비교하여 80% 이하가

되도록 설계하는 것이 안전하다.

회사마다 자주 사용하는 모터의 메이커와 모델이 정해진 경우가 많은데

자주 사용하는 모터의 출력별 정격토크 정도는 외워두면 매우 편리하다.

4. Max Torque (최대토크)

정격토크와 마찬가지로 기구 검토시에 반드시 확인해야 할 값이다.

설계한 부하의 크기중에서, 구동중 최대부하가 걸릴때 이 값과 비교해야 하기 때문이다.

통상 가속 할 때의 토크가 가장 큰 부하인데, 이때 PEAK TORQUE보다 낮으면 당연히 구동이 안되어

속도를 늦추거나 해서 원래 의도한 사양대로 구동을 못시키는 문제가 생긴다.

5. RATED ROTATIONAL SPEED (정격 RPM)

정격토크와 같은 비중으로 중요한 항목으로, 통상 서보모터하면 3000rpm으로 보면된다.

rpm이 왜 중요하느냐면, 축의 구동속도와 직결되는 수치 이기 때문이다.

가령, 리드 10mm짜리 볼스크류를 쓰는 직선축일때, 축 이송속도는 

3000 rpm/60초 = 50rps, 여기에 리드 10mm를 곱하면 1000 mm/sec가 된다.

그리고, 최대RPM 값도 이와 같은 이유로 중요한 수치이니, 함께 보면 될 것 같다.

6. Moment of inertia (관성모멘트)

모터사양 선정은 구동축의 부하 관성 모멘트를 분석하는 과정이다.

따라서, 축에서 실제 회전하는 모든 회전체에 대한 관성모멘트의 합이 부하의 크기가 된다.

얼핏보면, 모터속에 들어 있는 회전축(rotor라고한다)의 관성모멘트가 얼마나 크냐..

라고 생각하기 쉬운데, 절대 그렇지 않다.

일반적인 볼스크류 구동축에서 별거 아닌거 같은 rotor 의 inertia가 전체 부하의 10% 정도이다.

별거 아닌거 같은 조그만한 놈이 10%...무시하지 말자. 반드시 check 해야 할 값이다.

7. Recommended moment of inertia rato of the load and the rotor (관성비)

허용 관성비의 값의 의미이다. 

이 모터는 관성비를 30배 이하까지만 허용한다는 의미이다.

그 이상이 되면, 정상적인 사용이 어렵다는 말.

관성비는 부하관성모멘트와 로터관선모멘트의 비율 (영어로 쓰여짐)

8. Rotary encoder specifications (엔코더 사양)

엔코더방식은 인크리멘탈, 앱솔루트 2가지 방식이 있다.

매우 후려쳐서 인크리멘탈은 상대좌표계, 엡솔루트는 절대좌표계이다.

인크리멘탈은 전원이 나가면, 반드시 초기화를 시켜줘야 하는 단점(?)이 있지만 구성이 상대적으로 간단하고 경제적.

앱솔루트는 구성시에 베터리가 포함되어 전원이 나가더라도 현재 위치를 그대로 기억하고 있다.

기구설계자라면, 모터 선정시에는 전원사양,제어사양에 대한 협의를 반드시 해야 하고, 이때 엔코더 방식에 대해 

결정해야 하니 알아두어야 한다.

9. Brake specifications (브레이크 사양)

보통 승강축(Z축)의 경우에는 흘러내림 방지를 위해 브레이크가 포함된 모터를 써야 한다.

브레이크의 사양에서 주목할 부분은 Static friction torque (정마찰토크) 이다.

질량부하가 자중에 의해 가해지는 부하토크의 크기가 정마찰토크보다 무조건 작아야 하고,

클 경우에는 축 설계사양에 문제가 있는 것이므로, 무게 절감을 위한 노력 혹은 모터의 재 선정의 과정이 필요하다.

10. Permissible load (허용부하 - 모터축에 대한)

여기에 기재된 값들은 모터 축에 가해지는 부하(모멘트)에 대한 허용치 이다.

모터가 충격이나 부하에 직접적인 노출이 될 경우 (이경우는 설계과정에서 걸러져서 보완되어야 한다)와,

타이밍벨트의 장력 등등으로 인한 모터구동축 부하가 작용할 때 비교해야 하는 값이다.

이정도?