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박사장의서보모터구매기
 
초보 사장의 서보모터 사양 따라잡기
 
월간 기계기술기자 | 2012.01.03 | 2012년 1월호
 
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모 기업 반도체부문 협력업체 ○○기업 박 사장(38세)은 눈코 뜰 새 없이 바쁘다. 최근 관련 분야의 호조세로 발주물량이 급증했기 때문이다. 몸은 지치고 힘들지만 얼굴에선 미소가 떠나지 않는다. 사장으로 취임하고 낯선 일에 적응하느라 정신이 없긴 했지만 이번 기회에 회사의 규모를 키워 볼 생각이었다. 상반기에는 공장에 새로운 생산라인을 추가할 예정이다. 재임 중 처음으로 하는 설비투자라 여러모로 조심스럽기만 하다. 기기 설계나 프로그램 설정은 기존의 라인과 동일 하게 진행하기로 마음 먹었지만 모터가 신경 쓰인다.

공장 기술자는 기존에 사용하던 일본 브랜드 제품을 높이 평가하고 있다. 지금은 별 문제가 없지만 작년, 일본 내 장기 경제 침체와 지진의 여파로 해당 제품의 납기가 지연되었던 것이 마음에 걸린다. 틈틈이 여기 저기서 정보를 알아보고 있지만 신뢰할만한 정보를 찾아보기 힘들다. 자동화 설비 적용 모터의 고성능 고효율화 추세에 함께 높아지는 가격 역시 부담스럽다. 물론 빠르게 변화 하는 업계의 상황에 맞춰 설비투자를 늘리지 않을 수 없는 박 사장에게 서보모터 구매는 큰 숙제이다.
자동화 설비 적용 모터의 고성능 고효율화 추세에 함께 높아지는 가격 역시 부담스럽다
50W 급 서보모터 사양표(해당업체 브로슈어 인용)
모터는 전기적인 에너지를 물리적 기계 에너 지로 바꾸는 역할을 한다. 공장 자동화 시스 템이 갖춰진 곳에선 반드시 모터가 사용된다. 단순한 제품의 이동에서 정교한 조립에 까지, 위치제어와 토크제어의 활용에 따라 수백만 가지 공정을 처리해낼 수 있다. 해외 생산 현장의 경우 모터-스텝모터-서보모터 순으로 발전하며 각제품이 공정에 따라 다양하게 적용되고 있지만 국내 자동화 생산 현장의 경우 서보모터부터 도입되어 널리 활용되는 추세다. 회전-정지를 통해 위치를 제어하던 기존의 모터에서는 어려웠던 일이 서보모터에서는 엔코더 능력의 향상으로 급가 속-감속을 통한 일정한 토크제어와 정밀한 위치제어가 가능하기 때문이다.
 박 사장이 알아본 결과, 전세계에 100여 개가 넘는 서보모터 제작 업체가 있다고 한다. 그중 국내에 유통되는 주요 제품은 미쓰비시, 야스까와, 파나소닉 등 일본 메이저 제품과 하이젠, LS메카피온 등의 국산 제품이다. 최근엔 가격 경쟁력을 앞세운 중국 제품과 일본 저가형 브랜드도 유통 중이다. 전문가들 사이에선 야스까와 제품의 성능이 조금 앞선 다는 평가를 받고 있지만 실제 많이 사용되는 건 미쓰비시 제품이다. ○○기업에서도 오래 전부터 동일한 모델을 업그레이드하며 사용 중이다.
실질적인 성능차이가 미비하다면 고성능 모터가 최선은 아니다
서보모터의 경우 브랜드마다 다수의 모델이 있다. 같은 모델이라도 용량(W)과 회전수 (RPM)에 따라 구분된다. 브랜드마다 이에 대한 자체적인 기준을 가지고 있었으나 저관성 고속 모터와 중·고관성 저속 모터로 나눌 수있다.
  박사장이 서보모터의 사양을 비교했을 때 수치상의 차이는 확인할 수 있었다. 하지만 그것만으로는 모터의 성능을 파악할 수는 없었다. 관련 자료를 찾아보는 과정에서 모터 성능의 차이가 단순히 모터 사양에서 오는 것이 아니라 상위 제어기와의 구성에서 결정된 다는 게 그 이유였다. 모델 별로 항목의 수치에서 차이가 드러난다고 해도 그게 어느 정도 성능에 영향을 미치는지 알 수 없기도 했다. 제조사의 생산 관리 역량 차이에 따라 일산 메이저 브랜드가 다른 제품에 비해 성능이 뛰어나다고 평가하지만 실질적 차이는 미비하다고 말하는 사람도 있었다.
  미비한 성능차이에도 불구하고 가격대에는 차이가 있었다. 미쓰비시 모터의 가격을 100으로 봤을 때, 야스까와 모터는 105, 파나소닉 모터는 95, 하이젠이나 LS메카피온 모터는 85~90 정도의 가격을 보였다. 최근 도입된 중국산 킨코모터의 경우 이보다 30~40% 저렴한 가격이었다.
 박 사장은 모터 자체의 기능과 성능에 큰 차이가 없다면 더 저렴한 가격에 관리, 유지, 보수가 쉬운 제품을 구매하기로 마음먹었다.
  하지만 새로운 모터의 도입에 부정적인 직원 들의 반대에 부딪혔다. 시방서에 명기된 생산 기계의 변경이 쉽지 않은 것도 이유였다. 물론 기존의 익숙한 시스템을 이용하는 것이 생산성을 높이기도 할 것이다. 하지만 기존 제품을 선호하는 이유가 기능에 대한 만족도 때문이라기보다 새로운 제품을 테스트하고 검증할 여유가 없는 국내 제조 생산 환경과 단순한 습관 때문일 수도 있겠다는 생각이 들었다. 비싼 제품이라도 더 나은 생산성을 보장한다고 생각하면 좋은 평가를 얻는 고성능 모터를 선택할 수도 있다. 하지만 모터 사양을 대조해보고 난 뒤에도 확신을 갖기 어려웠다.
서보모터에서의 고성능이란?
1. 일반적으로 서보모터의 엔코더 성능을 강조한다. 기술 발전 과정에서 2의 17승 (131 ,072p/r) →2의 18승 (262,144p/r) → 2의 19승 (524,288p/r)로 성능이 향상 되어왔다. ‘엔코더 2의 17승’은 360도를 131,072등분으로 각도 분할을 하여 제어할 수 있다는 말이다.
  (2의 17승= 360도/131,072 =0.0027도) vs (2의 19승= 360 도/ 524,288 = 0.00068도) 과연 두 값의 차이를 기구적으로 차이를 인지할수 있을까?
  PCD100mm인 원판을 길이로 환산해서 적용했을때 0.0023mm(2의 17승 ) vs 0.00059mm(2의 19승)이 된다. 이러한 차이는 사람의 오감으로 느낄 수 없다. 심지어 측정기구의 하나인 버니어 캘리퍼스(최소측정 단위가 일반적으로 0.01mm)로도 측정이 불가능 하다는 것을 알아야 한다.
 2. 기계적 시정수가 작고 응답성이 좋은 모터에는 고성능 자석이 사용된다. 그러나 모든 서보모터에 고응답성이 요구되는 것은 아니다. 부하의 관성모 멘트가 작을 때 회전자 관성모멘트가 큰 모터를 사용하면 가감속에 사용되는 파워가 모터 구동 자체에서 소비되어버리므로 응답성이 좋은 모터가 무의미해진다. 반대로 부하의 관성이 클 경우 회전자 관성 모멘트가 작은 모터를 사용하게 되면 응답수가 현저히 떨어지게 된다.
  이처럼 서보모터에서의 고성능이란 선택의 부분 이라는 것을 인지할 필요가 있다.

박 사장은 서보모터를 비교해보고 나서 작업 공정의 종류나 속도, 부하의 무게에 따른 안정성, 정지특성, 통신대응성, 응답성, 진동 제어 등의 여러 요소를 고려해서 필요한 조건을 충족시키는 제품을 선택해야겠다고 결심 하게 되었다. 무턱대고 좋은 제품을 찾는 것보다 최적의 제품을 찾는 것이 더 경제적이 며, 고성능이 꼭 최선이 아닐 거라는 확신이 생겼기 때문이다.
  먼저 해당 공정의 조건과 특성을 엄밀하게 파악할 필요가 있었다. 공장 시설 관리자나 구매담당자와도 의논할 생각이었다. 사무실을 나서는 박 사장의 발걸음이 빨라졌다.
박사장이 알게 된 서보모터 구매 시의 몇 가지 고려사항
같은 출력이라도 회전수를 낮추면 토크가 올라 간다. 이 지점에서 제품 선택과 구성이 다양해질수 있다.
 
 -서보모터 : 일정한 회전수까지 토크가 유지된다. 엔코더에 의해 위치조정이 이루어지기 때문에 모터 정지 시 미세한 흔들림이 발생한다. 잡아주는 힘이 약하다는 단점을 가지지만 신속한 동작이 가능하다
 
 -스텝모터 : 회전수가 올라갈수록 토크가 떨어 지는 단점이 있다. 1000RPM에서 급격히 토크가 감소하므로 600RPM 이하의 저토크에서 주로 사용한다. 모터 정지 시 외부력이 작용하지 않아 잡아주는 힘이 강하므로 비전검사장치 등에 적합하다.
 
 -감속기 : 회전수를 줄여줌으로써 감속비 만큼 토크를 키워주는 역할을 한다. (감속기 토크 =모터 토크 X 감속비 X 효율) 전원공급이 차단되 더라도 모터자체가 브레이크 역할을 하는 셀프 록킹Self locking의 기능이 있으며 유격량이 높아 오차가 발생할 수 있다. 감속비의 자성만큼 관성모멘트비를 키워주므로 동작에 필요한 용량을 줄일 수 있다.

무작정 고성능 모터를 찾기 쉽지만 실제로 모터의 성능을 백분 활용 활용하는지 생각 해보자. 어떤 제품을 어떤 용도로 사용할지 정확하게 알고 선택 하는 것이 진정한 고효율 모터를 선택하는 방법이다.
 
 
 도움주신 분 이현동(모터114 기술영업부장)

 
TAG :  서보모터
 
 
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