서보모터 선정 가이드 — 토크 계산, 엔코더 선택, 드라이버 매칭
서보모터 선정 단계별 가이드: 부하 토크 계산, 엔코더 타입 선택, 관성 매칭, 드라이버 호환성 확인 — 위치 제어 및 속도 제어 애플리케이션 계산 예제 포함.
2026-03-19·8 min read
서보모터 선정 개요
서보모터 선정은 정격 토크와 부하 토크를 맞추는 것 이상이 필요합니다. 가속 중 피크 토크, 관성비, 엔코더 분해능 대 요구 위치 정밀도, 드라이버 호환성을 모두 검증해야 합니다. 이 중 하나라도 놓치면 시스템이 저성능이거나 고장납니다.
Step 1 — 요구사항 정의
| 요구사항 | 결정 방법 |
|---|---|
| 필요 출력 속도 (RPM) | 애플리케이션 기반: 직선 속도 ÷ 유효 반경, 또는 직접 사양 |
| 연속 부하 토크 (N·m) | 마찰, 중력, 공정 힘에서 산출 |
| 피크 토크 (가속) | T_피크 = T_부하 + J_총 × α |
| 위치 결정 분해능 | 제품 허용오차에서: 허용 가능한 위치 오차 (mm 또는 °) |
| 듀티 사이클 | 전체 부하 운전 시간 비율 (열 정격에 영향) |
Step 2 — 토크 요구사항 계산
연속 토크 (운전 부하):
T_연속 = T_마찰 + T_중력 + T_공정 T_마찰 = μ × M × g × r T_중력 = M × g × r × sin(θ) T_공정 = F_절삭 × r
피크 토크 (가속 중):
T_피크 = T_연속 + (J_모터 + J_부하_반영) × α J_부하_반영 = J_부하 / 감속비² α = 각가속도 = Δω / Δt
Step 3 — 모터 프레임 사이즈 선정
| 연속 토크 | 전형적인 프레임 (IEC) |
|---|---|
| < 0.5 N·m | 40~60mm 플랜지 |
| 0.5 ~ 2 N·m | 80mm 플랜지 |
| 2 ~ 10 N·m | 100~130mm 플랜지 |
| 10 ~ 50 N·m | 180~220mm 플랜지 |
Step 4 — 엔코더 선택
| 엔코더 타입 | 분해능 | 장점 | 단점 |
|---|---|---|---|
| 증분형 (ABZ) | 500~65,536 ppr | 저비용, 단순 | 전원 차단 시 위치 손실, 원점 복귀 필요 |
| 절대값 1회전 | 17~23 bit | 1회전 내 원점 복귀 불필요 | 배터리 없이 멀티턴 추적 불가 |
| 절대값 멀티턴 | 17 bit × 16 bit 멀티 | 전원 차단 후 위치 보존, 원점 복귀 불필요 | 높은 비용, 배터리 유지보수 |
각도 분해능 = 360° / 엔코더_ppr 선형 분해능 = (2π × r × 각도_분해능) / 360° 예: 2,500 ppr 엔코더, 4× 체배 = 10,000 count/rev 5mm 리드스크류: 선형 분해능 = 5mm / 10,000 = 0.0005mm
Step 5 — 드라이버 매칭
- 전압: 드라이버 전압 ≥ 모터 정격 전압 + 10%
- 연속 전류: 드라이버 ≥ 모터 정격 전류
- 피크 전류: 드라이버 ≥ 모터 피크 전류 (정격의 2~3배)
- 제어 인터페이스: Step/Dir, ±10V 아날로그, RS-485 Modbus, CANopen, EtherCAT
- 엔코더 입력: 엔코더 타입과 일치 (증분형 TTL, 1Vp-p sin/cos, 절대값 시리얼)
관성비 확인
관성비 = J_부하_반영 / J_모터 목표: 표준 서보는 ≤ 3:1, 세심한 튜닝 시 ≤ 10:1 비율 > 5:1 → 감속기 추가 또는 모터 사이즈 증가
서보 선정 10항목 체크리스트
- 연속 부하 토크 계산 완료 (N·m)
- 가속 피크 토크 별도 계산 완료
- 연속 토크에 안전계수 1.5배 적용
- 모터 속도가 필요 출력 속도와 일치하는지 확인 (필요 시 감속기 포함)
- 관성비 J_부하/J_모터 ≤ 3:1 확인
- 엔코더 타입 선택: 증분형 / 절대값 1회전 / 멀티턴
- 엔코더 분해능이 요구 위치 정밀도에 충분한지 확인
- 드라이버 전압 정격 ≥ 버스 전압 + 10% 확인
- 드라이버 연속·피크 전류 정격 확인
- 제어 인터페이스 및 피드백 입력 타입 확인