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서보 모터의 원리, 간편 가이드

파카코리아 서보 모터의 원리

 Brushless Servo Motor의 기본 작동 원리는 같은 극끼리 서로 밀어내는 척력(Repulsion)이 작용하고, 다른 극끼리 잡아당기는 인력(Attraction)이 작용하는 자석의 원리와 동일합니다.

 서보 모터에는 두 가지 자기원(magnetic source)이 있는데, 모터 회전자에 위치하는 영구자(Permanent magnets )와 회전자를 둘러싸고 있는 고정 전자석(Electromagnet)이 그것 입니다.

 이 전자석은 고정자 또는 모터 권선으로 불리며, 라미네이션이라고 하는 강철판을 여러 장 맞붙여 만듭니다. 이 강철판에는 홈이 있으며, 이 홈에 구리선이 감겨 있습니다.

 다시 자석의 원리로 돌아가서, 구리선과 같은 도체를 코일로 형성하고, 거기에 전기를 통하면 전류가 그것을 통과하면서 자기장이 만들어집니다. 

 

 

 

전자석 원리-서보모터 파카코리아

 전류가 도체를 통과할 때 생기는 이 자기장에는 N극과 S극이 있습니다. 자기장의 극이 고정자에도 있고 회전자의 영구자석에도 있을 때 다른 극은 서로 끌어당기고 같은 극은 서로 밀어내는 상태를 만들려면 어떻게 해야 할까요?

핵심은 전기자에 흐르는 전류를 역으로 흐르게 하는 것입니다. 전류가 전도성 코일을 타고 한 방향으로 흐르면 N극과 S극이 생깁니다.

전류의 방향을 바꿔주면 두 극이 순간 반전되어 N극은 S극이 되고 S극은 N극이 됩니다. 그림 1에 이것의 기본 원리가 나와 있습니다. 그림 2에서 왼쪽 이미지는 회전자 자석의 양극이 고정자의 반대 극을 끌어당기는 상태를 보여주고 있습니다. 회전자의 극이 모터 축으로 끌리면 회전자는 고정자의 반대 극과 나란한 상태가 될 때까지 회전합니다. 두 개의 극이 같은 상태에 있다면 회전자는 움직이지 않습니다.

 

 

 그림 2의 오른쪽 이미지는 고정자의 양극이 서로 바뀌는 원리를 보여주고 있습니다. 고정자가 특정 위치에 있을 때 전류 흐름을 바꿔 회전자의 극이 고정자의 반대 극과 만나게 하면 그때마다 이 같은 현상이 일어납니다. 고정자의 양극이 계속해서 서로 뒤바뀌면 회전자의 영구자석 양극이 고정자의 반대 극을 항상 "뒤쫓는" 상태가 만들어지고 이것이 회전자/모터 축의 연속 회전이라는 결과로 나타납니다.

서보 모터의 원리, 자석의 원리

 고정자 양극의 방향을 반전시키는 것을 정류라고 합니다. 정류의 공식적인 정의는 "모터 상에 대한 전류를 조절해 최적의 모터 토크와 모터 샤프트의 회전을 만들어내는 작용"입니다. 전류를 제 때에 조절해 샤프트를 계속 회전하게 하려면 어떻게 해야 할까요?

 이러한 패턴의 전류 인가는 모터에 동력을 제공하는 인버터 또는 드라이브가 담당합니다. 어떤 모터 구동에 드라이브를 사용 할 때 드라이브 소프트웨어에는 해당 모터의 오프셋 앵글(offset angle), 인덕턴스, 저항, 그리고 기타 파라미터 등이 입력 되어야 합니다. 그 모터에 부착 된 피드백 장치(엔코더, 레졸버 등)는 회전자축/자석 극의 위치 데이터를 드라이브에게 전달합니다.

 회전자 자석 극(Pole)의 위치가 오프셋(Offset Angle)과 같으면 드라이브는 그림 2와 같이 고정자 코일을 통과하는 전류를 역으로 바꿔 고정자의 N극을 S극으로, S극을 N극으로 변경합니다. 이와 같은 원리로 극 들이 정렬되면 모터 회전축이 멈추게 되고, 순서를 바꾸면 축이 어느 한 방향으로 회전하게 됩니다. 또한, 극을 빨리 변경 시키면 샤프트가 고속 회전을 하고 천천히 변경하면 회전 속도가 느리게 됩니다.

파카코리아 서보 모터에 관해 더 자세한 내용은 파카코리아 홈페이지를 참고하세요. 

 

파카코리아_오토메이션_Electromechanical_Productmanager_김태영

이번 블로그 기사는 김태영 부장(Electromechanical Product Manager, 파카 코리아)이 기고한 글입니다.

이메일 : taeyoung.kim@parker.com

 

 

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