서보모터 관성비는 얼마까지 허용되나요?

일반적으로 부하 관성 ÷ 모터 로터 관성이 10배 이하를 권장합니다. 고응답이 필요한 장비는 5배 이하, 저속 위주는 20~30배까지도 허용됩니다. 초과 시 감속기로 관성비를 낮춥니다(감속비의 제곱으로 감소).

실효 토크는 왜 확인하나요?

가속 시 순간 토크가 아무리 커도, 사이클 전체의 RMS 토크가 모터 정격 토크를 넘으면 과열됩니다. 실효 토크 ≤ 정격 토크 × 0.8 을 권장합니다.

최대 토크(가속 토크+부하 토크)가 모터 최대 토크 이내, 실효 토크가 정격 토크 이내, 관성비가 허용 범위 이내 — 이 3가지를 모두 만족하는 최소 용량을 선택합니다.

PartsOn 엔지니어링 가이드 · 2026.07 업데이트

서보모터 선정은 "몇 W짜리를 쓸까"가 아니라 토크·관성·속도 3가지 조건을 모두 만족하는 최소 용량을 찾는 과정입니다. 와트 수만 보고 고르면 가속이 안 되거나, 진동(헌팅)이 생기거나, 과열로 정지합니다. 검증 순서대로 정리합니다.

볼스크류 구동:
TL = (F × l) / (2π × η) (N·m)

F: 축방향 하중 (N) = 마찰력 + 외력 (+수직축이면 중력)
l: 리드 (m), η: 효율 (볼스크류 ≈ 0.9)

직선 이동체: JL = m × (l / 2π)² (kg·m²)
스크류 축: Js = (π × ρ × L × D⁴) / 32

총 부하 관성 = 이동체 + 스크류 + 커플링 등 회전체 합산
감속기 사용 시: 모터축 환산 관성 = JL / (감속비)²

Ta = (JL + JM) × (2π × N / 60) / ta

최대 필요 토크 Tmax = TL + Ta
조건: Tmax ≤ 모터 최대 토크 (통상 정격의 3배)

Trms = √[ (Ta²·ta + TL²·tc + Td²·td) / 사이클 시간 ]

조건: Trms ≤ 정격 토크 × 0.8 (여유율 20%)

짧은 사이클로 가감속을 반복하는 장비일수록 실효 토크가 커집니다. 최대 토크는 만족해도 실효 토크에서 탈락하는 경우가 많습니다.

관성비 = JL(모터축 환산) / JM(로터 관성)

권장: 일반 10배 이하 / 고응답 장비 5배 이하
초과 시: 감속기 적용 → 관성비가 감속비²로 감소

실무 팁: 관성비가 크면 게인을 올릴 수 없어 정정 시간이 길어지고 헌팅이 발생합니다. 용량을 키우기보다 감속기(유성 감속기 등)로 관성비를 잡는 것이 대부분 경제적입니다.

부하 관성 ≈ 50 × (0.01/2π)² ≈ 1.27×10⁻⁴ kg·m² + 스크류 관성. 400W급 서보(로터 관성 ≈ 0.3~0.6×10⁻⁴)면 관성비 3~6배 수준으로 무난합니다. 이후 가속 토크와 실효 토크를 계산해 정격 1.27 N·m 이내인지 확인합니다.

중력이 상시 부하 토크로 작용하고, 정전 시 낙하 방지를 위해 브레이크 내장형 모터가 필요합니다. 브레이크 유무를 선정 단계에서 결정하세요.

실효 토크 기준 20% 이상, 최대 토크 기준 10~20% 여유를 권장합니다. 과도한 여유(2배 이상)는 관성비 악화와 비용 증가로 오히려 손해입니다.