코깅 토크는 영구자석 로터와 슬롯이 있는 스테이터 사이의 자기적 인력이 회전각에 따라 변해 생기는 무전류 토크입니다. 토크 리플은 구동 중 평균 토크 위에 겹치는 주기적 변동 전체를 뜻하며 코깅뿐 아니라 정류, 전류 고조파, DC 버스 리플, 자속·권선 비대칭과 제어 오차를 포함합니다. 두 용어를 같은 뜻으로 쓰면 저속 떨림의 원인을 잘못 보상할 수 있습니다.
코깅 토크는 무전류에서도 생기는 위치 의존 토크다
코깅 토크는 모터에 전류가 흐르지 않아도 로터 자석이 자기저항이 작은 슬롯 위치로 정렬하려 하면서 생깁니다. 회전축을 손으로 천천히 돌릴 때 일정 각도마다 걸리는 느낌으로 나타날 수 있고 극수와 슬롯수 조합에 따른 공간 주기를 가집니다.
토크 리플은 평균 전자기 토크에서 벗어나는 모든 주기 성분을 넓게 부르는 말입니다. 6-step 정류, FOC의 전류 추종 오차, 인버터 dead time, 센서 오프셋, DC 링크 전압 변화와 코깅 토크가 함께 들어갈 수 있습니다. 전류와 속도, 각도 기준으로 분해해야 원인을 구분할 수 있습니다.
모터 내부 외란이 관절 떨림으로 나타나는 순서
자기·전기 외란에서는 슬롯·자석 형상과 전류·전압 오차가 모터축 토크를 주기적으로 바꿉니다. 감속기 전달에서는 감속비와 효율, 마찰·탄성이 주파수와 진폭을 관절 출력에 전달합니다. 속도 변동에서는 저속·낮은 관성에서 토크 변동이 속도 헌팅과 미세 정지로 나타납니다.
구조 가진에서는 리플 주파수가 링크·하우징 공진과 만나면 소음과 진동이 커집니다. 피드백 반응에서는 속도·위치 제어기가 보상하려다 지연과 포화로 다른 진동을 만들 수 있습니다.
로터 자석과 스테이터 슬롯 형상이 중요한 이유
프레임리스 모터는 로터와 스테이터를 로봇 하우징에 직접 조립하므로 공극 편심, 접착·열 변형과 조립 공차가 토크 품질에 영향을 줍니다. 데이터시트의 모터 단품 코깅 값이 좋아도 실제 관절 조립 뒤 베어링 예압과 감속기 마찰이 더 큰 저속 외란을 만들 수 있습니다.
감속비가 있는 관절에서는 모터축의 높은 공간 주기 토크가 출력축에서 다른 각도 주기로 보이고 감속기 자체의 치형 오차와 마찰도 겹칩니다. 엔코더가 모터축에만 있으면 출력 진동을 직접 보지 못할 수 있어 모터각·출력각·토크를 동기 측정하는 편이 좋습니다.
코깅·정류·전류 리플은 발생 원인이 다르다
코깅 토크에서는 무전류에서 로터 각도에 고정된 슬롯·자석 상호작용 성분입니다. 정류 리플에서는 상 전환과 PWM·dead time에서 생기며 전기각과 전류에 의존합니다.
전류 리플에서는 전류 루프 대역폭·센서·버스 전압과 스위칭이 토크 상수에 곱해집니다. 기계 리플에서는 감속기 치형·마찰·베어링과 편심이 회전 차수 성분을 추가합니다.
코깅 토크와 토크 리플을 시험 조건으로 구분하면
코깅은 토크 리플의 한 원인일 수 있지만 모든 리플이 코깅은 아닙니다. 전원을 끈 시험과 구동 시험, 각도 동기 평균을 분리하면 진단 범위를 좁힐 수 있습니다.
무전류 토크가 작고 구동 중 리플만 크다면 전류 제어·정류·전원 문제를 우선 봅니다. 무전류에서도 같은 각도에서 반복되면 모터 코깅과 기계 편심·마찰을 분리합니다.
| 구분 | 전류 조건 | 주요 기준축 | 대표 원인 |
|---|---|---|---|
| 코깅 토크 | 0A에서도 존재 | 기계 회전각 | 자석·슬롯 상호작용 |
| 정류 리플 | 구동 중 | 전기각·상 전환 | 6-step·dead time |
| 전류 제어 리플 | 구동 중 | 시간·PWM·전류 | 대역폭·센서·버스 |
| 기계 주기 외란 | 무관 | 축 회전각 | 감속기·베어링·편심 |
주파수보다 회전각 차수 분석이 필요한 경우가 있다
RMS 하나는 주기 구조를 숨깁니다. 토크 파형을 시간 FFT와 회전각 기반 order tracking으로 보고, 무전류·여러 전류·여러 속도에서 진폭이 어떻게 변하는지 비교합니다.
저속 관절에서는 정지 마찰과 제어 헌팅이 코깅보다 클 수 있습니다. 토크뿐 아니라 속도 변동, 위치 오차, q축 전류와 출력축 진동을 같은 각도 기준으로 평균하면 원인 간 위상을 볼 수 있습니다.
| 지표 | 기준 | 해석 | 주의점 |
|---|---|---|---|
| Peak-to-peak 토크 | 한 회전 최대-최소 | 전체 리플 크기 | 이상값 민감 |
| 각도 차수 진폭 | 회전당 반복 횟수 | 슬롯·극·기계 원인 | 속도 동기 필요 |
| 속도 리플 | 평균 속도 대비 변동 | 관절 체감 성능 | 제어기 영향 |
| 무전류 토크 | 외부 구동 저속 회전 | 코깅·기계 마찰 | 베어링·감속기 포함 |
저속 떨림 원인을 분리하는 실제 순서
센서·축 기준 정리에서는 모터각·출력각·토크·전류의 방향과 감속비, 타임스탬프를 맞춥니다. 무전류 저속 회전에서는 외부 장치로 양방향 회전해 위치 주기 토크와 마찰 히스테리시스를 측정합니다. 전류 단계 시험에서는 여러 q축 전류와 속도에서 토크·전류·버스 전압 리플을 기록합니다.
각도 동기 분석에서는 기계각·전기각·감속기 입력·출력 회전 차수로 스펙트럼을 분리합니다. 보상 A/B 시험에서는 같은 부하·온도·속도에서 보상 전후 토크·속도 리플과 안정성을 비교합니다.
보상 테이블을 넣어도 진동이 남는 이유
모든 저속 떨림을 코깅으로 판단에서는 정지 마찰·엔코더 양자화·게인·감속기 오차를 잘못된 테이블로 보상합니다. 시간 FFT만 사용에서는 속도가 변하면 회전각 고정 성분의 주파수가 퍼져 원인을 놓칩니다. 한 방향만 측정에서는 마찰 히스테리시스와 코깅 위치 성분을 분리하기 어렵습니다.
모터 단품 데이터 사용에서는 관절 조립의 공극 편심·베어링·감속기 외란이 빠집니다. 보상 진폭 과다에서는 각도·위상이 틀린 반대 토크가 원래 리플을 키우고 전류 피크를 만듭니다.
무전류·부하·온도를 바꿔 원인을 검증한다
전원 차단에서는 무전류에서 각도 고정 반복 성분이 남는지 확인합니다. 양방향 회전에서는 방향에 따라 부호가 바뀌는 마찰과 위치 고정 코깅을 분리합니다. 전류 스윕에서는 리플 진폭이 평균 토크와 함께 커지는지 보고 전자기 성분을 찾습니다.
속도 스윕에서는 시간 주파수와 회전 차수를 비교해 공진·정류·기계 원인을 구분합니다. 온도 반복에서는 권선·자석·윤활 온도 변화가 파형과 보상 테이블에 미치는 영향을 봅니다.
모터 설계와 제어 보상을 연결하는 방법
모터 설계에서는 슬롯·극 조합, 자석 스큐와 형상, 슬롯 개구와 공극으로 코깅을 줄일 수 있습니다. 제어에서는 로터 각도 기반 lookup table, 전류 파형 보정, dead-time 보상과 반복 학습을 쓸 수 있지만 제조 공차와 온도 변화에 강건해야 합니다.
도식은 무전류 양방향 회전, 구동 전류·속도 스윕, 각도 동기 스펙트럼, 보상 전후 시험으로 이어집니다. 코깅과 다른 토크 리플 원인을 단계별로 분리하면 불필요하게 게인을 낮추거나 복잡한 보상을 넣는 일을 줄일 수 있습니다.
코깅 보상이 마찰과 공진을 해결하지는 않는다
코깅 토크가 작아도 감속기 마찰과 엔코더 오차가 크면 관절 저속 품질은 좋아지지 않습니다. 모터축 데이터만으로 관절 출력 성능을 보장하지 않아야 합니다.
보상 테이블은 로터 영점과 조립 상태에 묶입니다. 모터·엔코더·감속기를 교체하거나 영점이 바뀌면 위상이 달라질 수 있으므로 생산 교정과 서비스 절차를 포함해야 합니다.
FOC와 마찰 보상 글을 함께 읽는 방법
이 주제를 더 넓게 이해하려면 FOC 제어, 로봇 관절 마찰 보상, 로봇 감속기 백래시와 강성를 함께 읽는 편이 좋습니다. 각 글은 부품, 제어, 데이터 계층을 서로 다른 질문으로 나누어 설명합니다.
본문의 기술 범위는 다음 1차 자료를 기준으로 확인했습니다. TI 코깅 토크 기술 자료은 코깅 토크의 슬롯·자석 원인과 저속 리플, 보상 방법을 설명합니다. TI 토크 리플 기술 자료은 정류·DC 버스·코깅·마찰이 전체 토크 리플에 들어가는 구조를 정리합니다. Nidec 코깅 토크 기술 설명은 영구자석과 슬롯 코어의 상호작용이 코깅과 토크 불균일을 만드는 원리를 설명합니다. 수치와 적용 범위는 각 자료의 시험 조건을 벗어나 일반화하지 않았습니다.
코깅 토크와 토크 리플에서 자주 묻는 질문
코깅 토크는 전류가 없어도 측정되나요?
네. 영구자석과 슬롯의 자기저항 변화로 생기므로 외부 장치로 모터를 천천히 돌리면 위치에 따른 무전류 토크를 볼 수 있습니다.
토크 리플과 코깅 토크는 같은 말인가요?
아닙니다. 코깅은 토크 리플의 한 원인이고 구동 중에는 정류·전류·버스 전압·자속 비대칭과 제어 오차도 리플을 만듭니다.
FOC를 쓰면 코깅이 없어지나요?
FOC는 전류와 전자기 토크를 부드럽게 만들지만 모터 형상의 무전류 코깅을 자동 제거하지 않습니다. 별도 설계 또는 위치 기반 보상이 필요합니다.
저속 떨림이 코깅인지 어떻게 확인하나요?
전원을 끈 양방향 저속 회전에서 같은 로터 각도에 반복되는 토크가 있는지 보고, 전류·속도 변화와 감속기·마찰 성분을 함께 분리합니다.
코깅 보상 테이블은 한 번 만들면 끝인가요?
조립 영점·온도·부하·자석과 센서 변화에 따라 달라질 수 있습니다. 생산 교정과 교체 뒤 재교정, 보상 한계 검증이 필요합니다.
마지막 확인: 2026년 7월 25일. 본문은 공개된 기술 문서와 논문을 기준으로 작성했으며, 제품별 수치와 안전 등급은 제조사 자료와 실제 시험 조건을 함께 확인해야 합니다.