사진으로 부품 살펴보기
모터 외형과 내부에서 일어나는 일
사진은 로터를 제거한 플로피 드라이브의 브러시리스 모터입니다. 로봇 관절용 서보모터의 사양을 보여 주는 사진은 아닙니다. 모터는 전기 에너지를 회전 운동으로 바꿉니다. 사진에서 보이는 몸체와 축을 먼저 구분하고, 열 손실은 아래 수치 모형으로 살펴봅니다.
플로피 디스크 드라이브의 모터입니다. 코일과 축의 생김새를 보여 주는 예시이며 로봇 관절용 서보모터는 아닙니다.
DnaX · 원본 사진 · CC BY-SA 3.0
비율을 유지해 긴 변 최대 1200px로 축소(원본보다 확대하지 않음), JPEG 재압축 및 EXIF 제거. 추가 자르기·형태 변경 없음.
- 중앙 주위로 고리처럼 배열된 구리색 코일을 찾습니다.
- 코일이 놓인 부분과 중앙 회전축의 위치를 구분합니다.
- 사진의 모터에 아래 가상 토크·저항 수치를 적용하지 않습니다.
전류 두 배, 손실은 네 배
저항을 0.5 Ω, 토크 상수를 0.1 N·m/A로 고정한 가상 모터입니다. 손실 전력은 온도 자체가 아닙니다.
- 전류 비교: 3 A와 6 A를 비교합니다.
- 토크 비교: 토크는 0.3에서 0.6 N·m로 두 배가 됩니다.
- 손실 비교: 전류의 제곱에 비례하여 4.5에서 18 W로 늘어납니다.
실습을 처음 한다면, 이 순서대로 따라 해보세요
- 모터 전류 3 A, 권선 저항 0.5 Ω로 둡니다.
화면에서 볼 것 발생 토크 0.3 N·m와 구리 손실 4.5 W입니다.
그 이유 전류의 1차 관계와 제곱 관계가 함께 적용됩니다.
- 저항은 그대로 두고 전류를 6 A로 바꿉니다.
화면에서 볼 것 토크 0.6 N·m, 손실 18 W입니다.
그 이유 토크 두 배에 손실 네 배라는 차이를 확인합니다.
- 전류 6 A에서 저항을 1 Ω으로 바꿉니다.
화면에서 볼 것 토크는 0.6 N·m, 손실은 36 W입니다.
그 이유 저항은 이 모델의 손실 식에만 들어 있습니다.
한 단계씩 이해하기
원리 01
전류를 두 배로 바꾸면
이 실험의 발생 토크는 0.1 × 전류입니다. 전류가 3 A면 0.3 N·m, 6 A면 0.6 N·m입니다. 입력이 두 배면 출력도 두 배인 관계를 비례라고 합니다. 이 모델의 토크는 전류에 비례합니다.
구리 손실은 전류 × 전류 × 저항입니다. 같은 전류를 두 번 곱하므로 전류가 두 배면 손실은 네 배입니다. 토크를 늘려 얻은 이득과 손실의 증가가 같은 비율이 아니라는 것이 이 실험에서 가장 중요한 비교입니다.
원리 02
손실 전력과 온도를 구별하기
W는 와트이며 에너지를 쓰거나 전달하는 빠르기를 나타냅니다. 구리 손실이 18 W라고 해서 온도가 18°C라는 뜻이 아닙니다. 물을 데울 때도 같은 불이라도 물의 양과 가열 시간이 다르면 온도가 다르듯, 열이 쌓이는 정도에는 시간과 냉각이 관계됩니다.
열이 생기는 속도와 최종 온도는 다릅니다. 화면은 권선의 무게, 주변 온도, 바람, 열이 빠져나가는 경로를 계산하지 않습니다. 따라서 손실 W를 보고 몇 도가 되거나 몇 시간 뒤 고장 난다고 말할 수 없습니다.
원리 03
최대 힘과 계속 내는 힘
짧은 순간 큰 전류를 쓰는 것과 오랫동안 유지하는 것은 열이 쌓이는 조건이 다릅니다. 계속 허용되는 운전 조건을 연속 정격이라고 하고 짧게 허용되는 최대 조건과 구별합니다. 순간 최대값을 하루 종일의 능력으로 읽지 않습니다.
조작 항목은 모터 전류 0–10 A, 권선 저항 0.2–2 Ω입니다. 전류는 0.5 A씩, 저항은 0.1 Ω씩 바뀝니다. 같은 전류에서 저항을 두 배로 하면 손실은 두 배지만 여기서 토크는 그대로입니다. 실제 모터는 온도에 따라 저항도 달라질 수 있으나 이 실험은 입력한 저항을 고정합니다.
숫자로 천천히 따라가기
3 A에서 8 A로 올리기
아래 숫자는 이 강의 실습의 교육용 예시입니다.
- 저항은 0.5 Ω로 고정합니다. 3 A에서 토크는 0.1 × 3 = 0.3 N·m입니다.
- 기준 손실은 3² × 0.5 = 4.5 W입니다.
- 8 A에서는 토크 0.8 N·m, 손실 8² × 0.5 = 32 W입니다.
- 토크 비는 8 ÷ 3 ≈ 2.67배, 손실 비는 32 ÷ 4.5 ≈ 7.11배입니다.
힘을 더 내는 비용은 선형으로만 늘지 않습니다. 다만 이 결과는 구리 손실만의 비교이며 전체 소비전력이나 냉각 성능은 아닙니다.
이렇게 오해하기 쉬워요
흔한 생각 모터가 멈췄으니 발열도 없다.
전류로 힘을 유지한다면 회전이 없어도 저항 손실이 생길 수 있습니다.
흔한 생각 32 W라는 결과면 모터 온도는 32°C다.
W는 열로 바뀌는 에너지의 속도입니다. 온도는 열 축적과 방출을 추가로 알아야 합니다.
오늘 가져갈 세 문장
이것만은 기억해 주세요
- 토크는 전류, 구리 손실은 전류의 제곱과 연결합니다.
- 전력 W와 온도 °C를 구별합니다.
- 고정 토크 상수 0.1 N·m/A는 모든 모터의 보편적인 수치가 아닙니다.
강의 설명과 적용
모터를 읽을 때 토크와 회전속도를 함께 봅니다. 축의 기계적 출력은 토크와 각속도의 곱이므로 토크 숫자 하나가 모터가 하는 일을 모두 나타내지 않습니다.
모터와 드라이버에는 전류·전압·온도 한계가 있습니다. 특히 정지한 채 힘을 유지할 때 축의 기계적 출력은 0이어도 전류가 흐르면 열이 날 수 있습니다.
짧게 큰 힘을 쓰고 쉬는 작업과 계속 버티는 작업은 열 조건이 다릅니다. 운전 주기, 주위 온도, 방열 구조를 같은 기준에 놓아야 연속 운전 가능성을 비교할 수 있습니다.
체험에서 전류와 권선 저항을 바꿔보세요. 이 단순 모델의 토크는 전류에 비례하지만 구리 손실은 전류의 제곱에 비례합니다. 출력 토크 증가와 열 손실 증가를 같은 이득으로 보지 않습니다.
3D 실습 과제
권선 저항 0.5 Ω에서 전류 3 A와 8 A를 실행하세요. 토크와 구리 손실이 서로 같은 비율로 증가하는지 비교하세요.
토크 상수와 저항을 가정한 구리 손실 계산입니다. 권선 온도·냉각·실제 모터 수명을 예측하지 않습니다.
관련 3D 실험 열기확인 문제
정지 상태에서 무거운 팔을 계속 받칩니다. 출력축이 멈췄으니?
- 소비전력도 반드시 0이다
- 회전이 없어도 발열 검토가 필요하다
- 전류는 측정할 필요가 없다
풀이 보기
기계적 출력과 전기 손실은 다릅니다.
출처와 확인 범위
maxon · 감속기 토크 전달과 정지 상태
토크 전달에 마찰이 영향을 준다. 정지 상태의 토크와 정상 회전의 동력 효율을 구분해 읽는다.
출처 확인일: 2026-10-14
Northwestern · Modern Robotics
저자 제공 강의 목차: 자유도·작업 공간·운동 계획·제어·이동로봇. 교육용 장면은 책의 수치 실험 재현이 아닙니다.
출처 확인일: 2026-10-14