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리니어모터 선정 방법 — 필요추력·RMS·피크 2조건 계산 절차

PartsOn 엔지니어링 가이드 · 2026.08 업데이트

리니어모터는 회전을 거치지 않고 직접 직선 추력을 내는 모터로, 볼스크류보다 고속·고정밀·무백래시가 필요한 이송축에 쓰입니다. 대신 코일이 직접 발열하고 가격이 높아, 추력뿐 아니라 발열(RMS)과 듀티를 함께 봐야 합니다. 이 글에서는 Hiwin 카탈로그 기준의 선정 절차를 예제와 함께 정리합니다.

1. 선정에 필요한 조건 정리

2. 운동 프로파일 계산

사다리꼴 프로파일 기준으로 각 구간 시간을 구합니다.

가속 시간 ta = v ÷ a, 가속 거리 da = v² ÷ (2a)

2·da ≥ 스트로크 이면 삼각형(최대속도 미도달), vpeak = √(a·스트로크)
아니면 등속 시간 tc = (스트로크 − 2·da) ÷ v

이동 시간 tmove = ta + tc + ta, 사이클 시간 = 이동 시간 + 정지 시간. 듀티 = 이동 시간 ÷ 사이클 시간.

3. 구간별 필요 추력

가속: F = m·a + 마찰 + (수직축)중력
등속: F = 마찰 + (수직축)중력
감속: F = −m·a + 마찰 + (수직축)중력
정지: F = (수직축)중력 홀딩 / (수평)0

마찰 = μ·m·g, 중력 = m·g, g = 9.81 m/s²

피크 필요추력은 가속 구간 값(가장 큼)입니다.

4. RMS 추력 (발열 지배)

코일 발열은 힘의 제곱에 비례하므로, 사이클 전체의 제곱평균제곱근을 구합니다.

Frms = √( (Fa²·ta + Fc²·tc + Fd²·ta + F정지²·t정지) ÷ 사이클시간 )
듀티가 핵심: 정지 시간이 짧아 듀티가 높으면 RMS추력이 커져 더 큰(또는 수랭) 모터가 필요합니다. 수직축은 정지 중에도 중력 홀딩 전류가 흘러 RMS를 크게 올립니다.

5. 선정 2조건

① 연속추력(Fc) ≥ RMS추력   ② 피크추력(Fp) ≥ 피크 필요추력

두 조건을 모두 만족하는 가장 작은 모터를 고릅니다. 여유는 1.2~1.5 이상을 권장합니다(발열·전압강하·변동 대비). 피크추력은 보통 연속의 2~3배입니다.

6. 속도 확인 (F-V 곡선)

리니어모터의 가용 추력은 속도가 오를수록 감소하며, 이 추력-속도(F-V) 곡선은 드라이브 버스 전압에 좌우됩니다. 요구 속도에서 필요한 추력이 F-V 곡선 아래에 드는지 카탈로그로 확인해야 합니다. 일반 실용 범위(~5 m/s)를 넘기면 특히 주의합니다.

7. 선정 예제

조건값
이동체 질량20 kg (코일 포함)
스트로크 / 속도 / 가속500 mm / 2 m/s / 20 m/s²
정지 시간0.3 s (수평, μ=0.05)

가속시간 0.1 s, 등속 0.15 s, 사이클 0.65 s(듀티 54%). 피크 필요추력 ≈ 20×20 + 마찰 ≈ 410 N, RMS추력 ≈ 222 N. Hiwin 코어드 LMSA 시리즈에서 연속추력 ≥ 222 N 이면서 피크추력 ≥ 410 N 인 최소 모델은 LMSA31(연속 292 N / 피크 823 N)로, 연속여유 ×1.32·피크여유 ×2.0로 적합합니다.

8. 볼스크류 대비

항목리니어모터볼스크류
속도·가속매우 높음제한적(임계속도)
정밀·반복도높음(무백래시)양호(백래시 존재)
추력·강성추력 한정·저강성고추력·고강성
발열·가격큼·높음작음·낮음

고속·고정밀·무백래시가 핵심이면 리니어모터, 고추력·고강성·저발열·저가가 핵심이면 볼스크류가 유리합니다.

→ 리니어모터 선정 계산기에서 직접 계산해보기 (무료, 회원가입 불필요)

자주 묻는 질문

Q. 수직축에서 주의할 점은?

수직축은 정지 상태에서도 중력을 상쇄하는 전류가 계속 흘러 코일이 발열합니다. 이 홀딩 발열이 RMS추력을 크게 올리므로, 카운터밸런스(웨이트·스프링·공압 실린더)로 중력을 상쇄하면 모터를 작게 하고 발열을 줄일 수 있습니다.

Q. 이동자(코일) 질량은 어떻게 반영하나요?

필요추력 F = m·a 의 m에는 워크·지그뿐 아니라 이동하는 코일(포서) 질량도 포함됩니다. 모델마다 코일 질량이 다르므로, 큰 이동자를 쓰면 필요추력이 늘어나는 순환 관계가 생깁니다. 선정 계산기에서는 이동체 질량에 코일 질량을 포함해 입력하고, 각 모델의 코일 질량을 비교표에서 확인해 보정합니다.

Q. Hiwin 외 다른 브랜드도 쓸 수 있나요?

Yaskawa(SGLG·SGLF)·Rockwell·Aerotech·Bosch Rexroth 등도 코어드/코어리스 리니어모터를 취급합니다. 연속/피크추력·F-V 곡선이 맞으면 다른 브랜드에서도 같은 조건의 모터를 대조해 선택할 수 있습니다. 스펙은 각 사 카탈로그로 확인하세요.

관련 가이드: 타이밍벨트 선정 방법 · 서보모터 용량 선정 · 볼스크류 선정 방법