DC 서보 모터, AC 서보 모터 기본 정보

안녕하세요.

엠투플러스(M2Plus)의 리모를 찾아서 입니다.

 

이번 포스팅에서는 각 서보모터들의 기본정보들과 각 서보모터들의 장단점에 대해 알아보도록 하겠습니다.

 

 

• DC 서보 모터
• 동기기형 AC 서보모터
• 유도기형 AC 서보 모터

 

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" DC 서보 모터(DC Servo Motor) "

 

 

 

 

DC 서보 모터의 고정자 측 구성은 자로 및 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형 프레임과 프레임 내경에는 자석이 부착되어 있습니다. 회전자 측 구성은 샤프트와 샤프트 외경에 정류자 및 회전자 철심이 부착되어 있고, 회전자 철심 내에 전기자 권선이 감겨 있습니다.

 

전기자 권선에 정류자를 통하여 전류를 공급하는 브러시 및 브러시 홀더가 부착되어 있으며, Bracket과 Flange에는 Ball bearing이 있어서 회전자를 받쳐주고 있습니다.

 

bracket 뒤쪽으로 회전 속도 신호 검출기가 회전자와 연결되어 있는데 광학식 인코더 혹은 타코 제너레이터를 많이 사용합니다. 토크와 전류가 비례하여 선형 제어계의 구성이 가능하므로 비교적 간단한 회로로 안정된 제어계 설계가 가능합니다.

 

DC 서보 모터(DC Servo Motor)는 최고 속도와 그 점에서의 허용 토크는 정류 불꽃에 의해 제약을 받습니다. 트랜지스터에 의한 펄스폭 변조방식이 주류를 이루는데요. 사용 주파수 전원을 정류하여 직류를 얻어 이 직류 전원이 모터에 인가되는 시간 폭을 주파수의 반송파에 의해 변화되어 가변 전압을 만들어 모터의 속도 제어를 행합니다.

 

이런 방식의 제어는 응답성이 좋고 부하 마찰 토크가 국부적으로 변화하므로 다관절 로봇과 같이 자세에 의한 모터 측 환산 부하 관성이 크게 변하는 계에서도 충분히 안정된 제어를 행할 수 있습니다.

 

 

◆ DC 서보 모터의 장점

1.  기동 토크가 큼
2.  크기에 비해 큰 토크를 발생
3.  효율이 높음
4.  제어성이 좋음
5.  속도 제어 범위가 넓음
6.  비교적 가격이 저렴

 

◆ DC 서보 모터의 단점

1.  브러시 마찰로 기계적 손실이 큼
2.  브러시의 보수가 필요
3.  접촉부의 신뢰성 저하
4.  브러시에 의한 노이즈 발생
5.  정류의 한계
6.  사용 환경에 제한
7.  방열이 나쁨

 

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" 동기기형 AC 서보 모터 "

 

 

 

 

동기기형 AC 서보 모터는 SM형(Synchronous Type Servo Motor) 혹은 브러시리스 DC 서보 모터(Brshless DC Servo Motor) 혹은 영구자석형 AC 서보 모터(Permanent Magnet Type AC Servo Motor)라고도 합니다.

 

고정자 측 구성은 기계적 지지를 목적으로 하는 원통형의 프레임과 프레임 내경에 원통형의 고정자 코어가 있고, 코어에 전기자 권선이 감겨 있습니다. 권선 끝단에는 리드선이 나와 있어서 이 리드선으로부터 전류 및 전압이 공급됩니다.

 

회전자 측 구성은 샤프트와 샤프트 외경에 자석이 부착되어 있고, 양쪽 bracket 및 플랜지에는 볼 베어링이 부착되어 있습니다. 동기기형 AC 서보 모터는 DC 서보 모터와 반대로 자석이 회전자에 부착되어 있고, 전기자 권서은 고정자 측에 감겨 있습니다.

 

따라서 정류자나 커뮤니케이터 없이도 외부로부터 직접 전원을 공급받을 수 있는 구조이기 때문에 브러시리스 DC 서보 모터라고도 합니다. 동기기형 AC 서보 모터도 DC 서보 모터와 마찬가지로 광학식 인코더나 리졸버를 회전 속도 검출기로 사용하고 있습니다.

 

동기기형 AC 서보 모터는 회전자에 자석 즉, 페라이트 자석 혹은 희토류 자석을 사용하여 계자 역할을 합니다. 동기기형 AC 서보 모터는 전기자 전류와 토크 관계가 선형이므로 제동이 용이하고 비상정지 시에 다이나믹 브레이크가 작동되니다. 

 

그러나 회전자에 영구자석을 사용하는 구조이므로 복잡하고 제어 시 회전자 위치를 검출해야 할 필요가 있습니다. 또한 드라이브로부터 전기자 전류에는 고주파 성이 포함되어 있어 토크 리플 및 진동의 원인이 되는 경우가 있습니다.

 

 

◆ 동기기형 AC 서보 모터의 장점

1.  브러시가 없어 보수가 용이함
2.  내 환경성이 좋음
3.  정류에 한계가 없음
4.  신뢰성이 높음
5.  고속 / 고토크로 이용이 가능
6.  방열이 좋음

 

◆ 동기기형 AC 서보 모터의 단점

1.  시스템이 복잡하고 고가
2.  전기적 시정수가 큼
3.  회전 검출기가 필요

 

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" 유도기형 AC 서보 모터 "

 

 

유도기형 AC 서보 모터는 IM형 서보모터(Induction Type AC Servo Motor)라고도 하며 구조는 일반 유도기의 구조와 똑같습니다.

 

고정자측은 프레임, 고정자 코어, 전기자 권선, 리드선으로 구성되어 있고, 회전자는 샤프트, 회전자 코어, 그리고 코어 외경에 도전체가 조립되어 있습니다.

 

컨덕터는 코어 외경에 축 방향으로 경사지게 많은 슬롯이 나 있는데 링 형상의 코어 양단면과 슬롯에는 순도 높은 알루미늄 봉이 차 있어서 바구니 모양과 비슷합니다. 유도기의 경우 회전자 / 고정자의 상대적인 위치 검출 센서가 필요치 않습니다.

 

유도기형 AC 서보 모터는 회전자 구조가 간단하고 검출기도 특수한 것이 필요 없습니다. 그러나 정지 시에도 여자 전류를 계속 흘려야 되기 때문에 이것에 의한 발열 손실과 비상정지 시에 DC 서보 모터와 같이 전기자 권선을 단락 하여 다이나믹 브레이크를 걸어주는 것이 불가능한 것들의 결점이 있습니다.

 

 

◆ 유도기형 AC 서보 모터의 장점

1.  브러시가 없어서 보수가 용이
2.  내환경성이 좋음
3.  정류의 한계가 없음
4.  자석을 사용하지 않음
5.  고속 / 고토크로 이용 가능
6.  방열이 좋음
7.  회전 검출기가 불필요

 

◆ 유도기형 AC 서보 모터의 단점

1.  시스템이 복잡하고 고가
2.  전기적 시정수가 큼

 

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