스테퍼 모터스테퍼 모터와 서보 모터는 서보 모터에 비해 저렴한 비용이라는 장점을 가진 개별 모션 제어 장치로, 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 장치입니다. 기계적 에너지를 전기 에너지로 변환하는 모터를 "발전기"라고 하고, 전기 에너지를 기계적 에너지로 변환하는 모터를 "모터"라고 합니다. 스테퍼 모터와 서보 모터는 자동화 장비의 움직임과 이동 방식을 정밀하게 제어할 수 있는 모션 제어 제품으로, 주로 자동화 장비 제조에 사용됩니다.
스테퍼 모터의 로터에는 리액티브(VR)형, 영구 자석(PM)형, 하이브리드(HB)형의 세 가지 유형이 있습니다. 1) 리액티브(VR)형: 로터에 톱니가 있는 기어 방식. 2) 영구 자석(PM)형: 로터에 영구 자석이 있는 방식. 3) 하이브리드(HB)형: 기어와 영구 자석, 로터에 톱니가 모두 있는 방식. 스테퍼 모터는 고정자에 감긴 권선 수에 따라 2상, 3상, 5상으로 분류됩니다. 고정자가 두 개인 모터는 2상 모터, 다섯 개인 모터는 5상 모터라고 합니다. 스테퍼 모터의 상 수와 권선 수가 많을수록 정밀도가 높아집니다.
HB 모터는 매우 정밀한 미세한 단계적 움직임을 구현할 수 있는 반면, PM 모터는 일반적으로 높은 제어 정밀도가 필요하지 않습니다.HB 모터복잡하고 정밀한 선형 모션 제어 요구 사항을 충족할 수 있습니다. 영구 자석 모터는 토크와 크기가 비교적 작고, 일반적으로 높은 제어 정확도가 요구되지 않으며, 비용이 저렴합니다. 산업 분야: 섬유 기계, 식품 포장. 생산 공정 및 모터 제어 정확도 측면에서,HB 스테퍼 모터PM 스테퍼 모터보다 고급형입니다.
스테퍼 모터와 서보 모터는 모두 모션 제어 제품이지만, 제품 성능에 차이가 있습니다. 스테퍼 모터는 명령을 받아 스텝 운동을 수행하는 개별 모션 소자입니다. 스테퍼 모터는 입력 펄스 신호를 각 변위로 변환합니다. 스테퍼 모터 드라이버가 펄스 신호를 받으면, 스테퍼 모터를 설정된 방향으로 고정된 각도만큼 회전시킵니다. 서보 모터는 전기 신호를 토크와 속도로 변환하여 제어 대상을 구동하는 서보 시스템으로, 속도와 위치 정밀도를 제어할 수 있습니다.
✓ 스테퍼 모터와 서보 모터는 저주파 특성, 순간 주파수 특성 및 과부하 용량 측면에서 상당히 다릅니다.
제어 정확도: 스테퍼 모터의 위상과 행 수가 많을수록 정확도가 높아집니다. AC 서보 모터의 제어 정확도는 모터 샤프트 후면에 있는 회전 엔코더에 의해 보장되며, 엔코더의 눈금 수가 많을수록 정확도가 높아집니다.
✓ 저주파 특성: 스테퍼 모터는 저속에서 저주파 진동 현상이 발생하기 쉽습니다. 이러한 저주파 진동은 스테퍼 모터의 작동 원리에 의해 발생하며 기계의 정상적인 작동을 저해합니다. 일반적으로 감쇠 기술을 사용하여 이러한 저주파 진동 현상을 억제합니다. AC 서보 시스템은 공진 억제 기능을 갖추고 있어 기계의 강성 부족을 보완할 수 있습니다. 따라서 저속에서도 매우 부드럽게 작동하며 진동 현상이 발생하지 않습니다.
✓ 토크-주파수 특성: 스테퍼 모터의 출력 토크는 속도가 증가함에 따라 감소하므로 최대 작동 속도는 300~600RPM입니다. 서보 모터는 정격 속도(일반적으로 2000~3000RPM)까지 정격 토크를 출력할 수 있으며, 정격 속도 이상에서는 일정한 출력을 유지합니다.
✓ 과부하 내성: 스테퍼 모터는 과부하 내성이 없지만, 서보 모터는 과부하 내성이 뛰어납니다.
✓ 응답 성능: 스테퍼 모터는 정지 상태에서 작동 속도(분당 수백 회전)까지 가속하는 데 200~400ms가 소요됩니다. AC 서보는 가속 성능이 우수하여 빠른 시작/정지가 필요한 제어 환경에 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 파나소닉 MASA 400W AC 서보는 정지 상태에서 정격 속도인 3000RPM까지 단 몇 밀리초 만에 가속합니다.
동작 성능 측면에서, 스테퍼 모터는 개루프 제어 방식을 사용하므로 시동 주파수가 너무 높거나 부하가 너무 클 경우 스텝 손실이나 블록킹 현상이 발생하기 쉽고, 정지 시 속도가 너무 높으면 오버슈트가 발생할 수 있습니다. 반면 AC 서보 모터는 폐루프 제어 방식을 사용하며, 드라이버가 모터 엔코더 피드백 신호를 직접 샘플링할 수 있으므로 일반적으로 스테퍼 모터에서 발생하는 스텝 손실이나 오버슈트가 없고 제어 성능이 더욱 안정적입니다.
AC 서보 모터는 성능 면에서 스테퍼 모터보다 우수하지만, 스테퍼 모터는 가격이 저렴하다는 장점이 있습니다. AC 서보 모터는 응답 속도, 과부하 용량 및 작동 성능 면에서 스테퍼 모터보다 뛰어나지만, 스테퍼 모터는 가격 대비 성능이 우수하여 요구 사항이 덜 까다로운 환경에서 사용됩니다. 폐루프 제어 기술을 적용한 폐루프 스테퍼 모터는 탁월한 정확도와 효율을 제공하여 서보 모터에 필적하는 성능을 구현하면서도 가격이 저렴하다는 장점을 유지합니다.
미래를 내다보고 새롭게 부상하는 분야를 파악해야 합니다. 스테퍼 모터 응용 분야는 구조적 변화를 겪고 있으며, 기존 시장은 포화 상태에 이르렀고 새로운 산업이 등장하고 있습니다. 당사의 제어 모터 및 구동 시스템 제품은 의료 기기, 서비스 로봇, 산업 자동화, 정보 통신, 보안 등 신흥 산업에 깊이 뿌리내리고 있으며, 이러한 산업은 전체 사업에서 상대적으로 큰 비중을 차지하며 빠른 속도로 성장하고 있습니다. 스테퍼 모터 수요는 경제, 기술, 산업 자동화 수준, 그리고 스테퍼 모터 자체의 기술 개발 수준과 밀접한 관련이 있습니다. 사무 자동화, 디지털 카메라, 가전제품과 같은 기존 산업은 포화 상태에 도달했지만, 3D 프린팅, 태양광 발전, 의료 기기, 자동차 응용 분야와 같은 새로운 산업은 지속적으로 성장하고 있습니다.
| 전지 | 특정 응용 분야 |
| 사무 자동화 | 프린터, 스캐너, 복사기, 복합기 등 |
| 무대 조명 | 광 방향 제어, 초점 조절, 색상 변경, 스팟 제어, 조명 효과 등 |
| 은행업 | ATM 기기, 지폐 인쇄기, 은행 카드 생산, 지폐 계수기 등 |
| 의료 | CT 스캐너, 혈액 분석기, 생화학 분석기 등 |
| 산업 | 섬유 기계, 포장 기계, 로봇, 컨베이어, 조립 라인, 배치 기계 등 |
| 의사소통 | 신호 조절, 이동통신 안테나 위치 조정 등 |
| 보안 | 감시 카메라의 동작 제어 기능. |
| 자동차 | 오일/가스 밸브 제어, 경량 조향 시스템. |
신흥 산업 1: 3D 프린팅은 연구 개발 기술에서 지속적인 혁신을 이루고 하위 산업 분야의 응용 시나리오를 확대하고 있으며, 국내외 시장은 약 30%의 성장률을 보이고 있습니다. 3D 프린팅은 디지털 모델을 기반으로 재료를 층층이 쌓아 물리적 물체를 제작하는 기술입니다. 모터는 3D 프린터의 중요한 동력 부품이며, 모터의 정밀도는 3D 프린팅 성능에 큰 영향을 미칩니다. 일반적으로 3D 프린팅에는 스테퍼 모터가 사용됩니다. 2019년 전 세계 3D 프린팅 산업 규모는 120억 달러로 전년 대비 30% 증가했습니다.
신흥 산업 2: 모바일 로봇은 컴퓨터로 제어되며, 이동, 자동 내비게이션, 다중 센서 제어, 네트워크 상호 작용 등의 기능을 갖추고 있습니다. 실제 생산에서 가장 중요한 용도는 핸들링이며, 표준화가 거의 되어 있지 않습니다.
스테퍼 모터는 이동 로봇의 구동 모듈에 사용되며, 주요 구동 구조는 구동 모터와 감속 기어(기어박스)로 구성됩니다. 국내 산업용 로봇 산업은 해외에 비해 시작은 늦었지만, 이동 로봇 분야에서는 해외를 앞서고 있습니다. 현재 이동 로봇의 핵심 부품은 대부분 국내에서 생산되고 있으며, 국내 기업들은 모든 면에서 요구되는 정밀도를 거의 충족하고 있어 해외 경쟁업체는 소수에 불과합니다.
중국의 모바일 로봇 시장 규모는 2019년 약 62억 달러에 달해 전년 대비 45% 성장할 것으로 예상됩니다. 청소 효율을 크게 향상시킨 전문 청소 로봇이 국제적으로 출시되고 있습니다. 2018년에는 휴머노이드 로봇 출시 이후 '제2의 로봇'이 출시되었습니다. '제2의 로봇'은 장애물, 계단, 사람의 움직임을 감지하는 여러 센서를 탑재한 지능형 상업용 청소 로봇입니다. 한 번 충전으로 최대 3시간 동안 작동하며 최대 1,500제곱미터 면적을 청소할 수 있습니다. '제2의 로봇'은 청소 인력의 업무량을 상당 부분 대체하고 기존 청소 작업에 더해 청소 빈도를 높일 수 있습니다.
신흥 산업 3: 5G 도입으로 통신 기지국용 안테나 수가 증가하고 있으며, 이에 따라 필요한 모터 수도 늘어나고 있습니다. 일반적으로 일반 통신 기지국에는 3개의 안테나가 필요하고, 4G 기지국에는 4~6개의 안테나가 필요하며, 5G 애플리케이션은 기존 휴대폰 통신과 IoT 통신 애플리케이션을 모두 지원해야 하므로 기지국과 안테나 수가 더욱 증가할 것입니다. 기어박스 부품이 포함된 제어 모터 제품은 기지국 안테나 설비의 주요 맞춤형 개발 품목으로 자리 잡고 있습니다. 각 ESC 안테나마다 기어박스가 포함된 제어 모터 하나가 사용됩니다.
2019년 4G 기지국 수는 172만 개 증가했으며, 5G 구축은 새로운 사이클을 맞이할 것으로 예상됩니다. 2019년 중국의 이동통신 기지국 수는 841만 개에 달했으며, 이 중 544만 개가 4G 기지국으로 전체의 65%를 차지했습니다. 2019년 신규 4G 기지국 수는 172만 개 증가하여 2015년 이후 최대 증가폭을 기록했는데, 이는 주로 1) 농촌 지역의 통신 사각지대 해소를 위한 네트워크 확장과 2) 5G 네트워크 구축을 위한 기반 마련을 위한 핵심 네트워크 용량 업그레이드에 기인합니다. 중국은 2019년 6월 5G 상용화 허가를 발급받았으며, 2020년 5월까지 전국적으로 25만 개 이상의 5G 기지국이 설치될 예정입니다.
신흥 산업 5: 의료기기는 스테퍼 모터의 주요 응용 분야 중 하나이며, Vic-Tech가 깊이 관여하고 있는 분야이기도 합니다. 금속에서 플라스틱에 이르기까지 의료기기는 생산 과정에서 높은 수준의 정밀도를 요구합니다. 많은 의료기기 제조업체들이 이러한 정밀도 요구 사항을 충족하기 위해 서보 모터를 사용하지만, 스테퍼 모터는 서보 모터보다 경제적이고 크기가 작으면서도 일부 의료기기에 필요한 정밀도를 제공하기 때문에 의료기기 제조 산업에서 널리 사용되고 있으며, 심지어 일부 서보 모터를 대체하기도 합니다.
게시 시간: 2023년 5월 19일