DC 모터 (DC Motor) / BLED 모터 (Brshless Motor) 의 기본 정보

안녕하세요.

엠투플러스(M2Plus)의

리모를 찾아서 입니다.

 

모터들 중 주위에서 가장 많이 사용되고 있는 모터, 속도 및 방향 제어 등을 쉽게 구현할 수 있다는 장점을 가지고 있는 모터, 바로 ' DC 모터 (DC Motor) ' 인데요.

 

 

 

 

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' DC 모터 (DC Motor) 란?

 

 

 

고정자로 영구자석을 사용하고, 회전자(전기자)로 코일을 사용하여 구성한 것으로, 전기자에 흐르는 전류의 방향을 전환함으로써 자력의 반발, 흡인력으로 회전력을 생성시키는 모터입니다.

 

일반적으로 DC모터는 회전 제어가 쉽고, 제어용 모터로써 아주 우수한 특성을 가지고 있습니다.

 

큰 토크를 가지고 회전자 관성을 줄이기 위하여 회전자가 가늘고 긴 구조를 가지며 영구자석으로 여자속을 만들어

크기를 줄이고 작으면서도 큰 토크를 만들 수 있습니다.

 

예를 들면 급격한 가속성, 큰 기동 토크, 전압 변화에 대한 선형 수하 특성, 출력 토크 대 입력 전류의 선형성 등이 있습니다.

 

이 것은 제어용 모터에 요구되는 매우 중요한 사항이고 거의 모든 특성을 겸비한 모터라고 보시면 되겠습니다.

 

 

 

브러쉬에 전류를 흘려주면 스프링 힘에 의해 브러쉬는 정류자에 전류를 전달하고, 정류자에 연결된 코일에 자기장이 생기면 로렌츠 힘에 의해 코일이 감긴 로터가 회전하는 것이 기본적인 DC 모터의 원리입니다.

 

 

 

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" DC 모터의 특징 & 특성 "

 

 

 

• 기동 토크가 큽니다.

 

• 인가 전압에 대하여 회전 특성이 직선적으로 비례합니다.

 

• 압력전류에 대하여 출력 토크가 직선적으로 비례하며, 출력 효율이 양호합니다.

 

• 가격이 저렴합니다.

 

• 가장 많이 사용되는 모터입니다.

 

• 속도 및 방향 제어등을 쉽게 구현할 수 있는 모터입니다.

 

• 휴대용 가전기기, 자동차와 여러 산업장비에서 사용되고 있습니다.

 

• DC 모터 T-I 특성(토크 대 전류) : 흘린 전류에 대해 직선적으로 토크가 비례합니다. 따라서 큰 힘이 필요한 때에는 전류를 많이 흘리면 됩니다.

 

• DC 모터 T-N 특성(토크 대 회전수) : 토크와 회전수는 반비례 관계를 가지고 있습니다. 무거운 것을 돌릴 때에는 천천히 회전하게 되고 무거운 것을 빨리 회전시키기 위해서는 전류를 많이 흘리게 됩니다.

 

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"  DC 모터의 단점은 BLDC 모터로 "

 

 

 

 

DC 모터는 브러쉬가 있는 일반 DC모터와 브러쉬가 없는 BLDC(Brushless DC) 모터로 나뉩니다.

 

일반적으로 사용하는 모터는 대부분 브러쉬가 있는 일반 DC모터로 전통적인 DC모터는 마찰 때문에 시간이 지남에 따라 마모되어 유지 보수가 필요하고 브러쉬의 마모에 의한 분진이나 흑연이 발생하거나 브러쉬를 통하여 권선에 전류가 흐르면서 발생하는 전기적인 스파크와 노이즈로 인하여 여러 가지 문제점을 야기할 수 있습니다.

 

긴 수명과 신뢰성을 요구하는 작업에서는 사용 제한이 있어 이러한 문제점들을 보완하고자 제작된 모터가 BLDC 모터입니다.

 

 

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" BLDC 모터 (Brshless DC Motor) "

 

 

 

 

BLDC 모터가 보다 친숙하게 다가온 이유는 드론의 고속 회전 모터에 BLDC 모터가 사용되면서 입니다.

 

BLDC 모터는 브러쉬 및 정류자가 없으므로 소형화가 가능하며 코어리스 및 평면 대향형으로 하면 박형화도 가능합니다.

 

BLDC 모터는 정류자와 접촉하는 브러쉬가 없기 때문에 수명이 길고 효율이 높다는 장점을 지니고 있습니다.

직접 접촉하는 것이 아니기 때문에 고속회전도 가능합니다.

 

속도 및 방향 제어가 DC 모터에 비해 까다로운 단점을 가지고 있었으나, ESC와 같은 BLDC 모터 드라이버가 많이 개발되면서 손쉽게 제어가 가능해졌습니다.

 

계자가 영구자석이므로 계자자속을 제어할 수 없는 것을 제외하면 DC모터와 유사한 속도 및 토크 제어가 가능합니다.

 

일반 DC모터에 비하여 브러쉬의 전압강하나 마찰 손실이 없으며 전기적(불꽃 발생) 자기적 잡음이나 기계적 소음이 거의 없습니다.

 

고속 운전이 물론 가능하며 순가 허용 최대 토크와 정격 토크의 비가 큽니다.

 

 

 

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" BLDC 모터 (Brushless Motor) 의 종류 "

 

 

브러시리스 모터를 로터 구조에 의하여 분류하면 아우터 로터형, 이너 로터형, 디스크 로터형으로 나눌 수 있습니다.

 

아우터 로터형은 스테이터부가 내측에 있고 이것을 둘러싸는 것처럼 마그넷 로터가 그 외측에 배치되어 있습니다.

 

즉, 구조상 그 외측에 로터가 있으므로 이너셔가 상당히 커지게 됩니다. 따라서 급격한 동작을 빈번히 반복하는 용도에는 부적합 합니다.

 

용도 예로서는 레코드 플레이어의 턴 테이블 구종, VTR의 실린더 모터, 레이저 프린터의 스캐너 모터 등이 있습니다.

모두 정속 제어에 속합니다.

 

 

 

1. 이너 로터형

 

이너 로터형은 원주형 마그넷에 회전축을 장착하고 이것을 구동 코일내에서 회전하는 구조로 되어 있습니다. 이 모터의 특징은 그 구조상 이너셔가 낮아 제어성에 뛰어나므로 위치 결정 장치에 많이 사용됩니다.

즉, 정 역전을 빈번이 반복하는 용도에 적합합니다.

 

 

2. 외관 형상에 의한 분류

 

외부 형상에 따라 플랫형, 원통형, 리니어형, 빌트인형, 시스템형 등으로 나눌 수 있습니다.

플랫형은 모터의 축 방향에 대하여 외경 치수가 훨씬 큰 것을 말하고 그 내부 구조는 디스크형 로터가 일반적이고 플랫형 모터를 편평형 모터라고도 합니다.

 

 

3. 위치 센서에 의한 분류

 

브러시리스화 방법에는 광 센서를 사용하는 방법과 자기 센서를 사용하는 방법이 있습니다.

 

광 센서를 사용하는 방법에는 발광 다이오드와 포토 트랜지시트에 의한 포토인터럽터 방식이 있습니다.

 

자기 식에는 홀 소자, 홀 IC, MR소자, 기타의 자기 포화 소자에 의한 방법이 있습니다.

 

브러시리시 모터는 로터가 영구자석으로 구성되어 있어 홀 소자를 자극의 검출에 사용할 경우 그대로 신호를 보낼 수 있습니다. 즉, 홀 소자를 자극의 센서로 사용하면 다른 보조 부재를 필요로 하지 않는 것입니다.

이에 대하여 다른 방법으로는 모두 마그넷 로터의 자극 검출을 위하여 보조 재료를 사용할 필요가 있습니다.

 

 

 

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