Electronic Gear란? Pulse와 이동량 설정 원리

2026년 9월 6일 읽는 시간 약 9분

Electronic Gear란 서보드라이브에서 입력 Pulse와 모터 회전량의 비율을 전자적으로 설정하는 기능입니다. Encoder 분해능과 볼스크류 Lead를 이용해 이동량을 결정하는 원리를 알아봅니다.

Electronic Gear란 무엇이며 왜 사용할까?

Electronic Gear는 Servo System에서 Controller가 보내는 Command Pulse 또는 Command Unit과 Motor의 실제 회전량 사이의 비율을 전자적으로 설정하는 기능입니다. 과거에는 Motor와 Load 사이의 회전비를 바꾸기 위해 Mechanical Gear를 사용해야 했지만 Servo Drive에서는 Parameter를 이용하여 명령량과 Motor Movement의 관계를 조정할 수 있습니다. 예를 들어 PLC가 10,000개의 Pulse를 출력했을 때 Motor를 정확히 1회전시키거나 Ball Screw Table을 10mm 이동시키도록 설정할 수 있습니다. 이를 Electronic Gear Ratio 또는 Electronic Gearing Parameter라고 합니다. Drive 제조사에 따라 Numerator와 Denominator, Command Pulse Multiplier 등 Parameter 표현방법은 다를 수 있지만 기본 목적은 동일합니다. Controller가 사용하는 Position Unit과 Motor Encoder의 Internal Resolution, Mechanical Gear Ratio와 Ball Screw Lead 등을 서로 맞춰 사용하기 쉬운 Command 단위를 만드는 것입니다. 따라서 Electronic Gear는 Motor의 물리적인 기어를 바꾸는 기능이 아니라 Position Command를 내부적으로 Scaling하는 기능으로 이해하는 것이 정확합니다.

Pulse 수와 모터 회전량은 어떻게 연결될까?

Pulse Train 방식의 Position Control에서는 PLC나 Motion Controller가 일정한 수의 Pulse를 Servo Drive에 전달하고 Drive는 입력된 Command를 내부 Position Reference로 변환합니다. 개념적으로 Electronic Gear Ratio를 적용하면 Internal Command = Input Pulse × Electronic Gear Ratio와 같은 관계로 이해할 수 있습니다. 예를 들어 Servo Drive 내부에서 Motor 1회전에 해당하는 Position Count가 1,000,000이고 Controller가 10,000 Pulse로 Motor를 1회전시키고 싶다면 두 값의 관계에 맞도록 Electronic Gear를 설정할 수 있습니다. 다만 실제 Parameter 계산식은 제조사마다 다르므로 특정 Numerator와 Denominator 값을 일반화해서 적용해서는 안 됩니다. 고분해능 Absolute Encoder를 사용하는 Servo Motor에서는 Encoder Resolution이 매우 높더라도 외부 Controller가 동일한 수의 Pulse를 직접 출력할 필요는 없습니다. Drive 내부에서 Electronic Gear를 이용하여 Command Pulse를 적절한 Internal Position Unit으로 변환하기 때문입니다. 이 기능을 통해 PLC의 최대 Pulse Output Frequency 부담을 줄이면서 필요한 Motor Speed와 Position Resolution을 구성할 수 있습니다.

볼스크류 이동량은 Electronic Gear로 어떻게 설정할까?

Linear Axis에서는 Motor 회전량을 실제 Table 이동거리로 변환해야 하므로 Ball Screw Lead와 Mechanical Gear Ratio가 중요합니다. 예를 들어 Ball Screw Lead가 10mm/rev이고 Motor와 Screw가 1:1로 연결되어 있다면 Motor가 한 번 회전할 때 Table은 10mm 이동합니다. 사용자가 PLC에서 1 Pulse를 1μm의 이동량으로 정의하고 싶다면 10mm 이동에 필요한 Command가 10,000 Pulse가 되도록 Drive의 Electronic Gear 관계를 구성할 수 있습니다. Reduction Gear가 Motor와 Ball Screw 사이에 있다면 Gear Ratio도 계산에 포함해야 합니다. 이러한 설정을 통해 Controller Program에서는 복잡한 Encoder Count 대신 mm, μm 또는 degree와 연결하기 쉬운 Position Unit을 사용할 수 있습니다. 다만 Command Resolution을 매우 작게 설정한다고 실제 Machine Accuracy가 그만큼 향상되는 것은 아닙니다. Ball Screw Pitch Error, Backlash, Coupling Elasticity, Encoder Accuracy와 Mechanical Rigidity 등이 실제 Positioning Accuracy를 제한하므로 Command Unit과 실제 정확도를 구분해야 합니다.

Electronic Gear 설정이 잘못되면 어떤 문제가 생길까?

Electronic Gear Ratio가 잘못 설정되면 Controller가 의도한 이동거리와 실제 Motor Movement가 달라질 수 있습니다. 예를 들어 100mm를 명령했는데 실제 Axis가 50mm 또는 200mm 이동한다면 Electronic Gear, Position Scaling, Mechanical Gear Ratio와 Ball Screw Lead를 우선적으로 확인할 필요가 있습니다. 비율을 지나치게 크게 설정하면 하나의 Input Pulse가 너무 큰 Internal Position Change로 변환되어 Command Resolution이 거칠어질 수 있고, 반대로 지나치게 작은 비율을 사용하면 필요한 Motor Speed를 얻기 위해 Controller가 매우 높은 Pulse Frequency를 출력해야 할 수 있습니다. Pulse Output Controller에는 Maximum Output Frequency가 존재하므로 이를 초과하면 원하는 Speed Command를 만들 수 없습니다. 또한 Servo Drive에서 허용하는 Electronic Gear Ratio Range를 벗어나면 Parameter Alarm이 발생하거나 설정 자체가 제한될 수 있습니다. 따라서 Motor Encoder Resolution뿐 아니라 Controller의 Pulse Output Capability와 필요한 Maximum Speed, 최소 Command Unit을 함께 고려하여 Ratio를 설정해야 합니다.

Fieldbus 서보에서도 Electronic Gear 개념을 사용할까?

EtherCAT이나 다른 Motion Network를 사용하는 최신 Servo System에서는 전통적인 Pulse Train 대신 Digital Communication으로 Position Command를 전달하는 경우가 많습니다. 이때 외부 Pulse가 물리적으로 입력되지 않더라도 Command Unit과 Motor Encoder Count 또는 Mechanical Travel 사이의 Scaling 개념은 여전히 필요합니다. Motion Controller와 Servo Drive는 Position Unit, Gear Ratio, Feed Constant 등의 Parameter를 이용하여 mm나 degree 단위의 명령을 Motor Rotation으로 변환합니다. 따라서 Electronic Gear라는 명칭은 제품마다 다르게 사용될 수 있지만 Command와 실제 Movement 사이의 비율을 설정한다는 기본 원리는 동일합니다. 또한 두 Servo Axis의 Position이나 Speed를 일정한 비율로 동기화하는 Electronic Gearing 기능도 존재하는데 이는 단순한 Pulse Scaling보다 확장된 Motion Synchronization 개념입니다. 결국 Electronic Gear는 Controller의 Command Unit과 Servo Motor, Mechanical System의 이동량을 정확하게 연결하는 Scaling 기능이며 올바른 설정을 위해 Encoder, Gear Ratio와 Ball Screw Lead를 함께 이해해야 합니다.