[인터뷰] 서보 시장에 대응한 일체형 스테핑 모터가 떠오른다
PC 및 PLC 컨트롤러를 기반으로 하는 많은 모션 컨트롤 애플리케이션이 다양한 산업 분야에서 활발한 모습을 보이고 있다. 특히 스테핑 모터의 기술과 정밀도가 발전하고 드라이버, 컨트롤러, 인코더 결합형의 소형화된 스테핑 모터까지 개발되고 있다. 이러한 기술 발전으로 인해 스테핑 모터가 고전적인 서보 모터의 영역까지 담당할 것으로 전망된다. 이에 고정밀 5상 스테핑 모터 및 모션 컨트롤러의 성공적인 국산화 개발에 뛰어든 오토닉스의 구성회 이사를 만나 스테핑 모터의 기술 현황과 전망을 들어본다. <오승모 기자>
Q. 스테핑 모터를 정의한다면
- 스테핑 모터는 펄스를 입력받아 정해진 기계적 각도로 회전하는 디지털 제어가 가능한 고정도 위치 결정용 모터이다. 펄스 신호를 통해 회전 각도와 속도를 간단하게 제어할 수 있어, 제어를 위한 별도의 피드백 신호가 필요없고 위치 결정 오차가 누적되지 않는다는 장점을 가진다.
Q. 스테핑 모터의 주요 적용 분야는
- 스테핑 모터는 정밀 위치 제어 및 간단한 시스템 구성이 가능하면서도 상대적으로 저렴하다는 장점을 가진다. 그 동안 스테핑 모터는 컴퓨터 드라이브, 가전제품, 사무용기기 등에서 주로 사용되어 왔다. 그러나 스테핑 모터의 제어 기술 및 애플리케이션 능력이 발달하면서 그 동안 서보 모터가 당담했던 다양한 초정밀 모션 컨트롤 시스템에 적용되기 시작했다.
지금은 초정밀도를 요구하는 반도체 및 LCD 검사 장비를 비롯하여 로더/언로더, SMT 이송장비, 포장기기와 철강 장비 등의 공장자동화 등의 다양한 분야에서 적용되고 있다. 또한 정밀도를 생명으로 하는 CRT 촬영 장비 등의 각종 의료용기기에서도 스테핑 모터가 점차 적용폭을 넓혀가고 있다.
Q. 스테핑 모터의 기술 발전 방향은
- 스테핑 고유의 협소한 적용 분야에서 다양한 대응 품목의 개발을 통해 시장성이 점차 확대되고 있으며, 특히 기존의 오픈 루프 전용에서 폐루프 컨트롤을 위한 서보 시스템적인 영역까지 접근하고 있다. 기어, 브레이크, 홀 타입 등의 다양한 분야에서의 적용을 위한 특수 타입의 스테핑 모터가 활발하게 출시되고 있는 중이다.
향후에는 모터의 소형화와 모듈화 및 일체화가 가속화되면서 서보 모터 시장에 대응한 모터, 드라이버, 컨트롤러, 인코더를 일체화시킨 통합형 스테핑 모터가 서보 모터 시스템 시장을 대폭 점유해 나갈 것으로 보인다.
Q. 스테핑 모터와 서보 모터는 어떻게 다른가
- 서보 모터란 일반적인 직류 및 교류 전동기를 위치, 속도 등 기타 제어 목적에 사용하는 제어용 모터를 총칭한다. 이는 모든 종류의 모터를 서보의 목적으로 사용할 수 있음을 의미한다. 서보 모터는 크게 아날로그 서보 모터와 디지털 서보 모터로 분류할 수 있다. 흔히 우리가 말하는 서보 모터란 아날로그 서보 모터를 의미하며 이 경우 위치 및 속도 제어를 위해 회전자의 위치를 검출하는 센서 및 속도를 검출하는 인코더나 레졸버가 필수적이다. 디지털화된 펄스 신호의 지령에 따라 구동하는 스테핑 모터는 디지털 서보 모터로 분류할 수 있다.
서보 모터는 기동 토크가 크고 내환경성이 우수하며 고속 고토크 운전이 자유롭다는 장점이 있지만, 브러시의 마모로 인한 기계적 손실 및 유지보수가 필요하다는 단점이 있다. 또한 제어 신호의 부재시 유지력을 상실하고 시스템이 복잡하고 제어가 어렵다는 문제점도 가진다.
특히 서보 모터는 스테핑 모터에 비해 상당히 고가라는 비용의 문제를 야기한다.
스테핑 모터는 특히 베어링외의 기계적인 접촉요소가 없으며, 회전자의 위치 검출 센서 등의 회로적 요소를 필요로 하지 않기 때문에 기계구조가 견고하고 간단하다. 그래서 유지 보수가 불필요하다는 최대의 장점을 가진다. 또한 제어 신호에 대한 고응답성을 특징으로 하고 단시간 위치 결정이 가능하여 빈번한 가감속에 적합한 모터이다.
속도가 주파수에 정비례 특성을 가지고, 스텝 각 단위로 회전하면서 최근에는 마이크로 스텝 구동 기술의 발달로 인해 스텝 각의 세분화가 가능해져서 고정밀의 위치 및 속도 제어에적합하다.
또한 위치 결정후에 제어 신호가 없어도 전원만 존재하면 위치를 유지하는 홀딩토크가 존재하므로 정지용 모터로 사용시 기계적인 브레이브가 필요치 않아 비용절감을 이룰 수 있다는 이점을 가진다. 그러나 스테핑 모터는 방열성이 다소 떨어지며, 진동과 소음이 존재한다는 단점으로 인해 적용하고자 애플리케이션의 조건을 정확히 파악하고 접근해야 한다.
Q. 2상과 5상 스테핑 모터는 어떻게 다른가
- 스테핑 모터는 구동 권선에 따라서 2상, 3상, 5상 모터로 구별된다. 특히 고정도 고토크의 고특성을 가지는 5상 하이브리드형은 FA분야로부터 OA분야에 이르기까지 폭 넓은 분야에 이용할 수 있다.
2상 모터는 구동시 토크 변동 및 리플이 커서 운전시에 진동이 크고 부드러운 운전이 어렵다는 단점이 있다.
오토닉스에서 생산, 판매하고 있는 5상 하이브리드형 스테핑 모터는 1펄스당 0.72도씩 회전하며, 마이크로 스텝 구동 드라이버를 사용하면 1펄스당 0.009도씩 회전이 가능한 고분해능 모터이다. 그리고 0.72도/Pulse로 구동시 +-3분(0.05도 무부하시)의 고정도로 정지가 가능하다.
또한 모터가 회전운동을 하다가 정지위치에 도달하여 정지할 때 부하의 관성에 의해 모터축이 정/역회전을 하다가 멈추는 Settling 시간이 짧고, 정지위치를 유지할 때 모터축이 미세하게 정/역회전을 하며 정지하는 Hunting 현상이 없다.
5상 스테핑 모터는 현재 국내외적으로 오리엔탈모터, 산요, 다마가와 등이 시장을 선점하고 있는 가운데, 국내 업체로서는 오토닉스가 유일하게 5상 스테핑 모터를 개발, 판매하고 있다. 스테핑 모터 시장 확보를 위해 기어드 방식, 인코더 부착형, 감속기 및 브레이크형 스테핑 모터의 개발을 지속적으로 추진하고 있으며, 스테핑 드라이버 및 컨트롤러, 아날로그 디지털 I/O 분야의 기술도 확보해 나가고 있는 중이다.
Q. 드라이버, 컨트롤러, 인코더 일체형 제품이 부각되는 이유는
- 서보 시장 대응형의 컨트롤러, 드라이버, 인코더 일체형의 스테핑 모터가 향후 시장에서의 대세로 떠오르고 있다. 기계의 소형화와 공간활용의 최대화라는 현장에서의 요구와 작업을 편리하게 하고, 무엇보다도 비용을 절감할 수 있다는 큰 이점을 제공한다.
그럼에도 지금 시장에 나와 있는 일체형 제품들은 일부 성능면에서 5상에 미치지 못하는 부분이 있으며, 모터, 드라이버, 컨트롤러, 인코더를 개별적으로 결합하여 구성하는 5상 스테핑 모터 시스템에 비해서 가격적인 경쟁력이 떨어진다는 단점이 있다. 향후 기술개발의 발전을 통해서 기술 확보가 이루어지고 공급가격을 낮출 수 있다면 상당수의 서보모터 시장의 잠식을 통해서 고정밀 모션 애플리케이션 시장의 주류로까지 성장할 것으로 기대한다.
Q. 오토닉스 스테핑 모터의 장점은
- 오토닉스가 국내 최초로 5상 스테핑 모터를 개발함으로써 국내 외산 제품에 대한 대응 요소로서의 교두보를 확보했다고 본다. 다양한 제품군 형성을 통해 제품 성능 대비 가격 만족을 실현해 나갈 것이다. 스테핑 모터 및 모션 시장에 진출함으로써 기존의 국내 센서에서 확보한 넓은 시장에 대응하고 시스템 사업 보강을 통한 토털 솔루션 제공을 추구하게 되었다. 특히 빠른 고객 대응 및 A/S와 폭 넓은 기술 지원을 통해서 수입 제품에서 제공하지 못하는 국내 제조업체로서의 이점을 최대한 살려 나갈 에정이다. <끝>
