지금까지 대부분의 사람들은 에어컨, 세탁기, 선풍기, 헤어드라이어 등 일상 생활에서 사용하는 가전제품에서 브러시리스 DC 모터와 드라이버를 접했을지라도 이에 대한 인식이 부족했습니다. 실제 구성 요소에 대한 노출이 부족하기 때문에 전체 시스템에 대한 지식이 제한적인 것이 일반적입니다.
브러시리스 DC 모터 시스템의 기본적인 측면을 살펴보겠습니다.
모든 모터에는 "정류"라는 개념이 포함됩니다. 이는 전류를 (특정 방식으로) 전환하여 물리적인 회전자를 움직이는 과정을 의미합니다. 코일에 전류가 흐르면 회전자가 움직이면서 자기장(일반적으로 영구 자석에 의해 생성됨)이 생성됩니다. 이 자기장은 기존 자기장을 밀어내거나 끌어당겨 회전자(모터의 움직이는 부분)가 고정자(모터의 고정 부분)에 대해 상대적으로 움직이도록 합니다.
자석의 개념은 정류에 대한 좋은 비유가 됩니다. 같은 극을 가진 두 자석을 테이블 위에 서로 마주보게 놓으면 서로 밀어냅니다. 두 자석이 충분히 멀리 떨어져 있으면 움직이지 않습니다. 한 자석을 다른 자석에 가까이 가져가면 반발력으로 인해 다른 자석이 밀려납니다. 이 과정을 계속하면 연속적인 움직임이 발생하는데, 이는 정류의 선형적인 예입니다.
브러시 DC 모터는 기계적 정류를 구현합니다.
즉, 모터의 물리적 구조가 정류를 유발한다는 의미입니다. 브러시는 정류자와 접촉하며, 모터가 회전함에 따라 모터 코일에 흐르는 전류의 극성이 교대로 변합니다. 이를 통해 고정자의 영구 자석에서 생성되는 자기장은 회전자에서 생성되는 자기장과 항상 반대 방향으로 작용하여 지속적인 힘을 보장합니다. 기계적 정류는 브러시 DC 모터가 회전하기 위해 모터 권선에 전압만 인가하면 된다는 것을 의미합니다.
아직 브러시리스 DC 모터에 대해 다루지 않았기 때문에 많은 독자들이 이 시점에서 제목에 혼란을 느낄 수 있습니다. 하지만 "브러시리스"를 설명하기 위해서는 먼저 브러시가 어디에 사용되는지 명확히 해야 합니다.
무브러시 DC 모터의 기원은 비교적 간단합니다.
브러시 DC 모터의 대부분의 문제는 브러시에서 발생합니다. 브러시는 스파크를 발생시키고, 마모되고, 큰 소음을 발생시키고, 상당한 전력 소비를 유발하여 속도를 제한하고 냉각을 어렵게 만듭니다. 따라서 브러시 DC 모터는 가연성 물질 주변의 응용 분야에 적합하지 않습니다. 가연성 물질 주변에서는 긴 수명, 조용한 작동, 고속 또는 고출력 시스템에서 높은 효율이 요구되기 때문입니다. 이러한 단점은 브러시를 제거함으로써 해결할 수 있지만, 기계적 정류도 제거해야 합니다.
기계적 정류의 부재는 다른 문제를 야기합니다.
모터는 여전히 정류가 필요합니다. 브러시리스 DC 모터는 전기 정류를 사용하는데, 마법처럼 들리지 않나요? 이 방법에서는 모터의 전류가 회전자를 움직일 수 있는 자기장을 지속적으로 생성하도록 해야 합니다. 회전자를 움직이기 위해 전류를 어떻게 흘려보낼지 고려하기 위해서는 회전자의 위치를 알아야 합니다.
무브러시 DC 모터 시스템의 첫 번째 주요 구조적 결정은 "센서 장착" 시스템과 "센서리스" 시스템의 구분입니다.
로터의 위치를 알아야 하는 경우 두 가지 방법이 도움이 될 수 있습니다.
- 센서 기반 방식은 일반적으로 홀 효과 센서 또는 인코더를 사용하여 회전자의 위치를 감지합니다. 인코더는 매우 정확한 각도 피드백을 제공할 수 있지만, 비용이 많이 듭니다. 홀 효과 센서는 널리 사용되는 자기 센서이며, 3상 브러시리스 DC 모터에 홀 효과 센서 3개를 사용하면 간단한 6단 정류를 구현할 수 있습니다.
- 센서리스 방식은 모터가 회전할 때 발생하는 역기전력(EMF)을 추정하는 것을 포함합니다. 역기전력은 복잡한 주제이므로 별도로 논의하는 것이 좋습니다. 간단히 말해, 모터 코일에 생성되는 전압은 모터 속도와 부하의 함수입니다. 센서리스 방식은 본질적으로 추정치이며, 종종 복잡한 계산을 요구합니다. 모터 속도가 감소함에 따라(예: 서보 모터의 위치 제어), 역기전력이 감소하기 때문에 센서리스 방식은 매우 어려워집니다.
무브러시 DC 모터 시스템의 두 번째 주요 구조적 결정은 제어 방법입니다.
회전자의 위치를 알고 이를 움직이기 위해 특정 전류를 인가해야 하는 경우, 3상 브러시리스 DC 모터는 최소 6개의 서로 다른 전위를 필요로 합니다. "사다리꼴", "6단" 또는 "120도" 제어 방식을 사용하여 브러시리스 DC 모터의 정류 방식을 결정할 수 있습니다.
- 사다리꼴 정류
- 사인파 정류
또 다른 방법은 모터에 더 매끄러운 전류 파형을 적용하는 것인데, 이를 "사인파" 제어 또는 "180도" 제어라고 합니다.
이 제어 방법은 적절한 모터와 함께 사용하면 효율성을 높이고 소음을 줄일 수 있지만 복잡성이 높아지고 종종 더 정확한 펄스 폭 변조(PWM) 타이밍이 필요합니다.
위 내용은 브러시리스 DC 모터 시스템에 대한 기본 지식을 간략하게 소개합니다. 주제가 광범위하기 때문에 자기장 방향 제어, 모터 시동, 내부 및 외부 로터, 극수, Δ(델타) 및 Y형 권선, 그리고 기타 여러 세부 사항은 이 글에서 다루지 않습니다. 하지만 이 정보가 모터에 대한 지식을 넓히는 데 도움이 되기를 바랍니다.
동관 파라디 모터스(주)는 글로벌 산업 자동화 분야를 전문으로 하며, 고성능, 고품질의 브러시리스 DC 모터, DC 서보 모터, 스테퍼 모터 및 관련 구동 컨트롤러의 연구 개발에 중점을 두고 있으며, 모션 제어 기술 솔루션 분야에서 국내를 선도하는 첨단 기술 기업입니다.
