서보모터와 스테핑모터 차이｜위치제어 비교

2026년 9월 6일 읽는 시간 약 8분

서보모터와 스테핑모터 차이는 위치 Feedback 방식과 구동원리, 속도·Torque 특성에서 나타납니다. Encoder 기반 Closed Loop와 Pulse 기반 Step 제어의 정밀 위치제어 특성을 비교합니다.

서보모터와 스테핑모터는 무엇이 다를까?

서보모터(Servo Motor)와 스테핑모터(Stepper Motor)는 모두 자동화설비에서 Position Control에 널리 사용되지만 위치를 만드는 방식과 Feedback 구조에서 큰 차이가 있습니다. 전형적인 Stepper System은 Controller에서 전달되는 Pulse 수에 따라 Motor가 일정한 Step Angle씩 이동하는 Open-loop Control을 사용합니다. 예를 들어 기본 Step Angle이 1.8°인 Motor라면 Full Step 기준 200 Step으로 한 바퀴를 명령할 수 있습니다. 반면 Servo System은 일반적으로 Motor에 Encoder나 Resolver를 설치하여 실제 Rotor Position과 Speed를 측정하고 명령값과 Feedback 값을 지속적으로 비교하는 Closed-loop Control을 사용합니다. Servo Drive는 발생한 Position Error를 줄이도록 Motor Current와 Torque를 실시간으로 조절합니다. 따라서 단순히 Servo는 정밀하고 Stepper는 부정확하다고 구분하기보다 Feedback의 유무, 요구속도, 부하변동과 제어구조를 함께 비교해야 합니다. 최근에는 Encoder가 장착된 Closed-loop Stepper도 사용되므로 Motor 이름만으로 Open Loop와 Closed Loop를 절대적으로 구분하는 것도 적절하지 않습니다.

위치제어와 Feedback 방식은 어떻게 다를까?

전형적인 Open-loop Stepper Motor에서는 Controller가 Step·Direction Pulse를 Driver에 전달하면 Driver가 각 Phase Current를 순차적으로 제어하여 Rotor를 이동시킵니다. 정상적인 Torque 범위에서는 명령한 Step 수에 따라 위치가 결정되지만 부하가 지나치게 크거나 가감속이 급격하면 Rotor가 Magnetic Field를 따라가지 못해 Lost Step이 발생할 수 있습니다. Open Loop에서는 Encoder Feedback이 없으므로 Controller가 이러한 위치오차를 직접 확인하지 못할 수 있습니다. 반면 Servo Motor는 Encoder가 실제 Shaft Position을 측정하고 Servo Drive가 Command Position과 Actual Position의 차이인 Following Error를 계산합니다. Drive 내부에서는 일반적으로 Position Loop, Velocity Loop와 Current Loop가 계층적으로 동작하면서 오차를 빠르게 보정합니다. 이러한 Feedback 구조는 부하가 변화하더라도 목표위치를 추종하는 데 유리합니다. 하지만 Servo도 무한정 오차를 보정할 수 있는 것은 아닙니다. Motor의 Torque 한계나 기계적인 Jam이 발생하면 Following Error Alarm 또는 Overload가 발생할 수 있습니다.

속도와 Torque 특성은 어떻게 다를까?

Stepper Motor는 저속영역에서 비교적 높은 Holding Torque를 얻기 쉽고 정지상태에서도 전류를 공급하여 위치를 유지할 수 있습니다. 그러나 회전속도가 증가하면 Winding Inductance 때문에 Phase Current가 충분히 형성될 시간이 줄어들면서 사용 가능한 Torque가 감소하는 경향이 있습니다. 특정 속도영역에서는 Motor와 부하의 기계적 특성에 따라 Resonance와 진동이 발생할 수도 있습니다. Servo Motor는 Encoder Feedback과 정밀한 Current Control을 이용하기 때문에 일반적으로 넓은 Speed Range에서 Torque를 효과적으로 제어할 수 있으며 높은 회전속도와 빠른 Acceleration·Deceleration이 필요한 설비에 유리합니다. Servo System에서는 정격 Torque와 함께 짧은 시간 사용할 수 있는 Peak Torque가 별도로 제시되는 경우가 많아 급가속과 급감속에 활용됩니다. 다만 실제 성능은 Motor와 Drive의 용량, 부하관성, 전원전압과 기계구조에 따라 달라집니다. 따라서 단순한 Holding Torque 숫자만 비교하기보다 필요한 운전속도에서의 Torque-Speed Curve와 가속 Torque를 함께 확인해야 합니다.

정밀도와 비용에서는 어떤 차이가 있을까?

Stepper Motor는 Motor와 Driver의 구성이 비교적 단순하여 반복적인 Point-to-Point Positioning과 중저속 자동화장비에서 경제적인 선택이 될 수 있습니다. Microstepping을 사용하면 저속회전을 부드럽게 하고 진동과 소음을 줄일 수 있지만 Microstep 분할수가 그대로 Absolute Position Accuracy를 의미하지는 않습니다. Servo Motor는 고해상도 Encoder를 이용해 실제 위치를 Feedback하고 오차를 보정하기 때문에 정밀한 Position·Speed·Torque Control이 필요한 설비에 적합합니다. 하지만 최종 장비의 위치정확도는 Encoder Resolution만으로 결정되지 않습니다. Ball Screw의 Lead Error와 Backlash, Coupling, Gear Reducer, 구조물의 변형과 Thermal Expansion 등 기계적인 오차도 영향을 줍니다. 일반적으로 Servo System은 Motor, Encoder와 Drive 및 Tuning이 필요해 Stepper System보다 비용과 설정복잡도가 높아질 수 있습니다. 반면 높은 생산속도와 정밀한 동기제어가 필요한 장비에서는 이러한 추가비용보다 성능상의 이점이 더 중요할 수 있습니다.

서보모터와 스테핑모터는 어떤 기준으로 선택할까?

Motor를 선택할 때는 필요한 Position Accuracy, Repeatability, Maximum Speed, Acceleration, Load Torque와 Load Inertia를 먼저 확인해야 합니다. 비교적 낮은 속도에서 일정한 이동을 반복하고 부하변화가 크지 않으며 비용이 중요한 장비라면 Stepper Motor가 적합할 수 있습니다. 3D Printer, 소형 XY Stage와 단순 이송축 등이 대표적인 활용사례입니다. 반대로 빠른 Cycle Time, 높은 회전속도, 큰 가감속과 정밀한 Position Feedback이 필요한 Robot, CNC Machine, Packaging Machine 등에서는 Servo Motor가 유리합니다. 중간영역에서는 Closed-loop Stepper를 사용하여 Lost Step 감시와 Feedback 기능을 추가하는 방법도 있습니다. 어떤 방식을 선택하더라도 Motor의 정격만으로 결정해서는 안 되며 부하관성과 가감속시간을 이용해 필요한 Torque를 계산하고 충분한 Margin을 확보해야 합니다. 결국 서보모터와 스테핑모터의 핵심 차이는 단순한 정밀도 순위가 아니라 Feedback 구조와 Torque-Speed 특성, 동적응답 및 시스템 비용에 있으며 설비의 실제 Motion Requirement를 기준으로 선택해야 합니다.