서보 vs 스테퍼 모터: 현대적 회색 지대 명확히 하기

모터 제어와 구조의 발전으로 스테퍼 모터와 서보 모터의 동작 차이는 점차 모호해지고 있습니다. 이론적으로 서보 모터는 무한히 작은 회전 각도 분수를 제공하는 반면, 스테퍼 모터는 고정자 권선 수에 의해 동작이 제한됩니다. 하지만 실제로는 다릅니다.

서보 모터

서보 모터는 드라이브, 피드백 장치, 모터 자체로 구성된 서보 시스템의 일부입니다. 드라이브는 AC 전원을 입력받아 DC 전압으로 정류합니다. 필요 시 외부 회로로 제어되는 단순 정류기로 풀 드라이브를 대체할 수도 있습니다. 이런 시스템은 가속, PID 튜닝, 속도 등 모든 모터 제어 기능을 외부 장치에 의존합니다. 다른 옵션은 모션 프로파일 공유, 결함 상태 감지, 디지털 인터페이스를 허용하는 인텔리전트 드라이브 사용입니다.

피드백 장치는 절대 엔코더나 리졸버일 수 있으며, 서보 모터 위치에 대응하는 전기 신호 패턴을 출력합니다. 각 위치는 금속 디스크의 슬롯을 기반으로 읽습니다. 리졸버는 단순히 두 고정자 권선을 통한 전류 측정을 변경하는 회전 변압기로, 움직이는 부품은 로터뿐입니다. 엔코더 대비 리졸버가 훨씬 견고합니다.

서보 모터는 AC 또는 DC 동작용으로 설계될 수 있습니다. 따라서 드라이브와 적절히 짝을 이루어 올바른 극성과 정격을 공급해야 합니다. AC 타입 모터는 정속 애플리케이션에 선호되며 브러시가 없어 마모가 적어 유지보수가 적습니다. 또한 DC 타입 모터보다 훨씬 높은 RPM에 도달할 수 있습니다. 회고적으로 DC 타입 모터는 가변 속도 애플리케이션에 선호되며 제어 시스템이 더 단순합니다.

스테퍼 모터

스테퍼 모터도 모션 제어를 위해 드라이브가 필요합니다. 서보 시스템처럼 단순 펄스 발생기나 독립적인 인텔리전트 드라이브로 구성될 수 있습니다. 여러 스테퍼 시스템은 제어 시스템에 직접 피드백이 없는 오픈루프 모드로 작동합니다. 부하가 일정(컨베이어 라인 디버터 등)하고 모터 크기가 적절하면 이 방식도 타당합니다. 하지만 부하가 동적이고 위치가 시간에 따라 변하면 모터 샤프트에 피드백 장치를 추가해야 합니다.

스테퍼 드라이브는 원하는 만큼 단순하거나 복잡할 수 있습니다. 보통 24VDC 소스로 구동되나 다른 옵션도 있습니다. 인텔리전트 드라이브 시스템 사용 시 제어 복잡성을 크게 줄일 수 있습니다. 스테퍼 모터는 저속에서 높은 토크를 생성하지만 속도가 너무 낮으면 과도한 진동이 발생할 수 있습니다. 이를 피하려면 모터를 신중히 선정해야 합니다. 고속 동작(1000rpm 초과) 시에도 성능 저하가 발생할 수 있습니다.

서보 시스템은 스테퍼 시스템 대비 가격이 약 3배 비쌉니다. 따라서 의사 결정은 신중해야 합니다. 부하가 비교적 일정하고 작동 속도가 특정 범위 내라면 스테퍼 시스템을 고려해야 합니다. 제조사 기술 지원 문헌이 모션 시스템 설계 시 최적의 시작점입니다. SI와 지원 계약이 있다면 그들의 인력을 브레인스토밍에 참여시켜 가장 비용 효율적인 결정을 내릴 수 있습니다.