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특수사양 제작사례: 댐퍼 구동 모터 전류 문제, 감속기 재설계로 해결

2026.08.07 12:37:59 조회수 248

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고토크 웜감속기어모터 WGM50-428724 24V 자동화장비 238kgfcm 의료장비 판매금액 69,700원

CASE STUDY

대형 댐퍼 구동 모터의 과전류와 입력단 기어 파손 — 모터와 복합 웜감속기를 함께 재설계한 사례

병렬 운전 차단기 트립 / 스톨 시 1단 스퍼기어 파손 / 저전류 모터 적용 / 특주 감속비 설계

대형 댐퍼 여러 대를 동시에 개폐하는 고객사의 사례입니다. 기존 구동기는 필요한 토크보다 여유가 큰 모터를 사용하고 있었고, 여러 대가 동시에 기동할 때 전류가 순간적으로 증가해 차단기가 동작하는 문제가 있었습니다.

고객사는 구동기의 크기와 전류를 줄이면서도 기존에 필요했던 출력토크는 유지하기를 원했습니다. 그러나 첫 번째 축소형 시제품에서는 스톨 시험 중 감속기 입력단의 1단 스퍼기어가 파손됐습니다.

전기적인 문제인 차단기 트립과 기계적인 문제인 기어 파손을 따로 분석한 뒤, 저전류 모터와 새로 설계한 복합 웜감속기를 조합해 두 문제를 함께 해결했습니다.

1. 기존 문제 — 여러 대가 동시에 기동하면 차단기가 떨어진다

고객사가 기존에 사용하던 구동기는 WGM50-428724였습니다. 대형 댐퍼를 여닫는 데 필요한 출력토크는 충분했지만, 실제 부하에 비해 모터 용량과 기동전류의 여유가 큰 편이었습니다.

구동기 한 대만 운전할 때는 문제가 없었지만 여러 대를 병렬로 연결해 동시에 기동하면 각 모터의 기동전류가 합산됐습니다. 그 결과 전체 전류가 차단기의 허용 범위를 순간적으로 넘어 트립이 발생했습니다.

전기적 문제의 핵심
· 구동기 여러 대를 병렬 운전
· 동시 기동 시 각 모터의 기동전류가 합산
· 합산된 순간전류가 차단기 동작 조건을 초과
· 정상 운전토크는 충분했지만 전원계통에는 불필요한 부담 발생

2. 고객 요청 — 크기와 전류는 줄이고 토크는 유지

고객사의 처음 요청은 모터와 감속기의 전체 크기를 줄이는 것이었습니다. 기존 구동기의 토크가 충분히 남는다고 판단해, 크기를 줄이면서 필요한 출력토크만 유지하는 방향으로 검토했습니다.

이에 따라 모터와 감속기를 기존 대비 약 2/3 크기로 축소한 시제품을 제작했습니다. 그러나 이 과정에서 모터의 토크 특성과 축소된 감속기의 기어 강도가 서로 맞지 않는 문제가 발생했습니다.

3. 첫 번째 시제품의 파손 — 입력단 1단 스퍼기어가 버티지 못했다

이 감속기는 웜과 웜휠만으로 구성된 단순 웜감속기가 아닙니다. 모터의 회전을 먼저 전달하는 스퍼기어 감속단과 최종적으로 큰 감속비를 만드는 웜기어단이 함께 들어간 복합 감속기입니다.

감속기 내부 동력 전달 구조
모터 → 입력단 스퍼기어열 → 웜 → 웜휠 → 출력축

축소형 시제품의 스톨 시험에서는 댐퍼가 끝까지 닫히거나 기구적으로 걸린 상태에서도 모터에 전류가 계속 공급됐습니다. 회전은 멈췄지만 모터는 높은 스톨 토크를 발생시켰고, 이 토크가 모터와 가장 먼저 맞물리는 감속기 입력단의 1단 스퍼기어에 전달됐습니다.

축소된 감속기의 1단 스퍼기어는 기존보다 크기와 치형 강도가 작아진 상태였습니다. 결국 모터의 스톨 토크가 해당 기어의 허용 치근강도와 치면강도를 초과하면서 기어 치가 파손됐습니다.

정확한 파손 원인
모터의 출력(W)이 크다는 사실만으로 기어가 깨진 것은 아닙니다. 스톨 상태에서 발생한 모터축 토크가 축소된 입력단 1단 스퍼기어의 허용토크를 초과한 것이 직접적인 원인입니다.

4. 해결 방향 — 저전류 모터와 고감속비 감속기의 조합

단순히 감속기만 작게 만드는 방향으로는 문제를 해결할 수 없었습니다. 그래서 설계의 기준을 전체 크기가 아니라 필요 출력토크, 동시 기동전류, 스톨 시 기어 강도로 다시 잡았습니다.

먼저 기존보다 전류와 모터축 토크가 낮은 모터를 선정했습니다. 낮아진 모터축 토크는 더 높은 감속비를 적용해 출력축에서 필요한 토크로 변환했습니다.

출력축 회전수 ≈ 모터 회전수 ÷ 감속비
출력축 토크 ≈ 모터 토크 × 감속비 × 감속기 효율

감속기는 모터의 출력을 새로 만들어내는 장치가 아닙니다. 회전수를 낮추는 대신 토크를 키우는 장치입니다. 따라서 이번 설계는 모터 출력을 감속기로 보완한 것이 아니라, 필요한 동작 속도 범위 안에서 감속비를 높여 낮은 모터 토크로도 요구 출력토크를 확보한 것입니다.

다만 감속비만 높이면 끝나는 것은 아닙니다. 첫 번째 시제품에서 실제 파손된 입력단 1단 스퍼기어가 스톨 토크를 견딜 수 있도록 기어의 크기와 재질, 치형 및 지지 구조도 함께 재설계했습니다.

5. 복합 웜감속기 재설계 항목

설계 항목	검토 내용
모터 사양	병렬 기동 시 전류 부담을 낮출 수 있도록 기존보다 저전류 사양으로 변경
전체 감속비	낮아진 모터 토크로 요구 출력토크를 확보할 수 있도록 표준 판매 범위를 넘는 특주 감속비 적용
입력단 스퍼기어	스톨 시 모터축 토크를 견디도록 1단 기어의 치근강도·치면강도와 치형 사양 재검토
웜기어단	요구 출력토크와 감속비, 효율 및 내구성을 기준으로 웜과 웜휠 사양 검토
지지 구조	축·베어링·하우징이 스톨 하중과 출력축 반력을 견딜 수 있도록 함께 검토

6. 최종 결과

· 요구 출력축 토크 30N·m 확보

· 표준 판매 범위를 넘는 특주 감속비 적용

· 전체 외형은 기존 WGM50-428724와 유사한 수준으로 구성

· 동일한 병렬 기동 확인 조건에서 차단기 트립 현상 해소

· 고객사와 협의한 스톨 시험 조건에서 입력단 1단 스퍼기어 파손 없음

주의 — 스톨 시험을 통과했다는 것은 협의된 시험 조건에서 감속기가 파손되지 않았다는 의미입니다. 모터를 장시간 스톨 상태로 유지해도 된다는 뜻은 아닙니다. 실제 장비에는 리미트 스위치, 전류 제한, 스톨 감지 또는 구동 시간 제한 등 별도의 보호 조건을 함께 검토해야 합니다.

7. 이 사례에서 확인한 설계 원칙

1. 모터의 정상 운전전류뿐 아니라 여러 대의 동시 기동전류 합계를 확인해야 합니다.
2. 감속기를 소형화할 때는 출력토크만 보지 말고 모터의 스톨 토크와 감속기 입력단 허용토크를 비교해야 합니다.
3. 복합 웜감속기는 웜과 웜휠뿐 아니라 입력단 스퍼기어열의 강도도 전체 내구성을 좌우합니다.
4. 낮은 토크의 모터와 높은 감속비를 조합하면 전류 부담을 줄이면서 필요한 출력토크를 확보할 수 있지만, 속도와 효율을 함께 확인해야 합니다.
5. 기어 파손 이력이 있다면 감속비만 바꾸지 말고 기어 재질·치형·축·베어링·하우징까지 함께 검토해야 합니다.

표준 감속비로 조건이 맞지 않는다면

홈페이지에 등록된 감속비는 일반적으로 공급하는 표준 사양입니다. 이번 사례처럼 전류, 설치 크기, 출력토크 및 스톨 내구성을 동시에 맞춰야 한다면 표준품 조합만으로 해결하기 어려울 수 있습니다.

모터뱅크는 스퍼기어 감속단과 웜기어단이 결합된 복합 웜감속기의 감속비, 기어 재질, 치형 및 하우징 사양을 사용 조건에 맞춰 검토할 수 있습니다. 필요한 출력토크와 회전수, 사용전압, 수량, 동시 기동 대수 및 스톨 조건을 알려주시면 주문제작 가능 여부를 확인해 드립니다.

대형 댐퍼나 밸브 구동처럼 끝단에서 잠김 또는 스톨이 발생할 수 있는 장치는 정상 운전토크만으로 감속기를 선정하면 안 됩니다. 현재 사용 중인 모터와 감속기 모델, 필요 출력토크, 동시 운전 수량을 적어 문의해 주세요.

▶ 특수 모터·감속기 사양 문의하기

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