엔지니어가 기계 작업을 수행하기 위해 전기 장비를 설계해야 하는 과제에 직면할 때 전기 신호가 어떻게 에너지로 변환되는지 생각할 수 있습니다.따라서 액추에이터와 모터는 전기 신호를 동작으로 변환하는 장치 중 하나입니다.모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 교환합니다.

가장 간단한 유형의 모터는 브러시형 DC 모터입니다.이러한 유형의 모터에서는 고정된 자기장 내에 배열된 코일을 통해 전류가 전달됩니다.전류는 코일에 자기장을 생성합니다.이로 인해 각 코일이 같은 극에서 멀어지고 고정 필드의 다른 극을 향해 당겨지면서 코일 어셈블리가 회전하게 됩니다.회전을 유지하려면 전류를 지속적으로 역전시켜야 합니다. 그러면 코일 극성이 계속 반전되어 코일이 고정된 극과 다른 것을 계속해서 "쫓게" 됩니다.코일에 대한 전력은 회전하는 정류자와 접촉하는 고정 전도성 브러시를 통해 공급됩니다.코일을 통해 전류의 역전을 일으키는 것은 정류자의 회전입니다.정류자와 브러시는 브러시 DC 모터를 다른 모터 유형과 구별하는 핵심 구성 요소입니다.그림 1은 브러시 모터의 일반적인 원리를 보여줍니다.

그림 1: 브러시 DC 모터의 작동.

고정 브러시는 회전하는 정류자에 전기 에너지를 공급합니다.정류자가 회전함에 따라 코일에 흐르는 전류의 방향을 지속적으로 바꾸어 코일 극성을 반전시켜 코일이 오른쪽 회전을 유지하게 합니다.정류자는 코일이 장착된 회전자에 부착되어 회전합니다.

이름에서 알 수 있듯이 브러시리스 DC 모터는 브러시를 사용하지 않습니다.브러시 모터의 경우 브러시는 정류자를 통해 회전자의 코일로 전류를 전달합니다.그렇다면 브러시리스 모터는 어떻게 전류를 회전자 코일에 전달합니까?코일이 로터에 위치하지 않기 때문에 그렇지 않습니다.대신 로터는 영구 자석입니다.코일은 회전하지 않지만 대신 고정자에 고정됩니다.코일이 움직이지 않기 때문에 브러시와 정류자가 필요하지 않습니다.(그림 3 참조)

브러시 모터를 사용하면 회전자 코일에 의해 생성된 자기장을 제어하여 회전이 이루어지며 고정 자석에 의해 생성된 자기장은 고정된 상태로 유지됩니다.회전 속도를 변경하려면 코일의 전압을 변경합니다.BLDC 모터의 경우 회전하는 것은 영구 자석입니다.주변의 고정 코일에 의해 생성된 자기장의 방향을 변경하여 회전이 이루어집니다.회전을 제어하려면 이러한 코일에 흐르는 전류의 크기와 방향을 조정합니다.

회전자는 영구 자석이므로 전류가 필요하지 않으므로 브러시와 정류자가 필요하지 않습니다.고정 코일에 흐르는 전류는 외부에서 제어됩니다.

고정자에 3개의 코일이 있는 BLDC 모터에는 이러한 코일에서 연장되는 6개의 전선(각 코일에 2개)이 있습니다.대부분의 구현에서 이러한 와이어 중 3개는 내부적으로 연결되며 나머지 3개 와이어는 모터 본체에서 확장됩니다(앞서 설명한 브러시 모터에서 확장되는 2개의 와이어와 대조적).BLDC 모터 케이스의 배선은 단순히 전력 셀의 양극 단자와 음극 단자를 연결하는 것보다 더 복잡합니다.이 시리즈의 두 번째 세션에서는 이러한 모터가 어떻게 작동하는지 더 자세히 살펴보겠습니다.아래에서는 BLDC 모터의 장점을 살펴보는 것으로 결론을 내립니다.

가장 큰 장점 중 하나는 효율성입니다. 이러한 모터는 최대 회전력(토크)에서 지속적으로 제어할 수 있기 때문입니다.이와 대조적으로 브러시 모터는 회전의 특정 지점에서만 최대 토크에 도달합니다.브러시 모터가 브러시리스 모델과 동일한 토크를 전달하려면 더 큰 자석을 사용해야 합니다.이것이 바로 작은 BLDC 모터라도 상당한 전력을 전달할 수 있는 이유입니다.

첫 번째 장점과 관련된 두 번째 큰 장점은 제어 가능성입니다.BLDC 모터는 피드백 메커니즘을 사용하여 제어하여 원하는 토크와 회전 속도를 정확하게 전달할 수 있습니다.결과적으로 정밀 제어는 에너지 소비와 열 발생을 줄이고 모터가 배터리로 구동되는 경우 배터리 수명을 연장합니다.

BLDC 모터는 브러시가 없어 내구성이 뛰어나고 전기적 소음도 적다.브러시 모터를 사용하면 연속적인 이동 접촉으로 인해 브러시와 정류자가 마모되고 접촉이 이루어지는 곳에서 스파크가 발생합니다.특히 전기적 소음은 브러시가 정류자의 틈새를 통과하는 영역에서 발생하기 쉬운 강한 스파크의 결과입니다.이것이 전기적 소음을 피하는 것이 중요한 응용 분야에서 BLDC 모터가 선호되는 이유입니다.

우리는 BLDC 모터가 높은 효율과 제어 가능성을 제공하고 작동 수명이 길다는 것을 확인했습니다.그렇다면 그것들은 무엇에 좋은가요?효율성과 수명으로 인해 지속적으로 작동하는 장치에 널리 사용됩니다.그들은 오랫동안 세탁기, 에어컨, 기타 가전제품에 사용되어 왔습니다.최근에는 팬에 적용되어 높은 효율로 전력 소비를 크게 줄이는 데 기여하고 있습니다.

또한 진공 기계를 구동하는 데에도 사용됩니다.어떤 경우에는 제어 프로그램의 변경으로 인해 회전 속도가 크게 향상되었습니다. 이는 이러한 모터가 제공하는 최고의 제어 가능성을 보여주는 예입니다.

BLDC 모터는 하드 디스크 드라이브를 회전시키는 데에도 사용됩니다. 내구성이 뛰어나 드라이브가 장기간 안정적으로 작동하는 동시에 전력 효율성이 중요해지고 있는 분야에서 에너지 절감에 기여합니다.

앞으로는 BLDC 모터가 더 다양한 애플리케이션에 사용될 것으로 예상됩니다.예를 들어, 서비스 로봇(제조 이외의 분야에서 서비스를 제공하는 소형 로봇)을 구동하는 데 널리 사용될 것입니다.펄스를 사용하여 위치를 정확하게 제어할 수 있는 이러한 유형의 응용 분야에는 스테퍼 모터가 더 적합하다고 생각할 수도 있습니다.그러나 BLDC 모터는 힘을 제어하는 ​​데 더 적합합니다.그리고 스테퍼 모터를 사용하면 로봇 팔과 같은 구조물의 위치를 ​​유지하려면 상대적으로 크고 지속적인 전류가 필요합니다.BLDC 모터의 경우 필요한 것은 외부 힘에 비례하는 전류뿐이므로 보다 전력 효율적인 제어가 가능합니다.BLDC 모터는 골프 카트와 이동 카트의 단순한 브러시 DC 모터를 대체할 수도 있습니다.BLDC 모터는 더 나은 효율성 외에도 더 정밀한 제어 기능을 제공하여 배터리 수명을 더욱 연장할 수 있습니다.

BLDC 모터는 드론에도 이상적입니다.정밀 제어 기능을 제공하는 능력으로 인해 각 로터의 회전 속도를 정밀하게 제어하여 드론의 자세를 제어하는 ​​멀티로터 드론에 특히 적합합니다.

이 세션에서는 BLDC 모터가 어떻게 탁월한 효율성, 제어 가능성 및 수명을 제공하는지 살펴보았습니다.그러나 이러한 모터의 잠재력을 최대한 활용하려면 신중하고 적절한 제어가 필수적입니다.다음 세션에서는 이러한 모터가 어떻게 작동하는지 살펴보겠습니다.