모터의 종류(DC,BLDC,PMSM)

모터란 전기에너지를 기계적인 회전 운동으로 변환하는 장치이다. 한국에서 모터라고 하면 대개 전기 모터를 의미한다.

DC,AC 모터가 있는데 이 글에서 설명할 모터는 3가지 정도이다. 

제목에도 적혀 있는것처럼 DC,BLDC,PMSM 모터이다. 밑에는 ChatGPT한테 부탁한 모터 별 단면도이다.

모터 별 단면도

1. DC 모터

DC 모터는 고정자(자석)+회전자(코일)+브러시 & 정류자로 이루어져있으며, 이름과 같이 DC(Direct current) 직류로 움직이는 모터이다. 위에 그림 모이는것처럼 가운데에 선같은것이 브러시고 이를 전기에 흘러보내 브러시가 정류자와 접촉해서 전류 방향을 바꿔주는 원리로 모터를 돌린다. 

 

제어 방식은 쉬운 방법으로 전압 크기 조절로 속도를 제어하고, 극성 반전으로 회전 방향을 제어한다.

 

보통 용도로는 장난감, 모형 자동차등 저렴하고 제어가 간단하며 소형 제품에 적합하여 여러 방면에서 사용되고있다.

 

하지만 브러시가 연결되어 돌린다는 점에서 브러시의 마모가 된다는 단점이 있고, 이는 수명이 짧다는 단점이 된다. 브러시와 정류자의 마찰로 인한 소음도 단점이 될수있다. 그렇기에 브러시를 교환하고 유지보수를 해줘야한다.

2. BLDC 모터

BLDC(Blush Less Direct Current)모터는 말그대로 브러시를 없앤 모터이다. 브러시를 없애면 어떻게 돌리지? 할수 있는데

이는 영구 자석의 자기장과 코일의 자기장을 이용하여 돌린다. 즉, 고정자(코일) + 회전자(영구자석)의 구조를 가지고있다.

즉, 전자 스위칭 소자(인버터,MOSFET등)를 사용하여 각 코일에 순차적으로 전류를 인가함으로써 회전자의 영구자석과 상호작용하여 회전시킨다. 이때 회전자의 정확한 위치를 파악하기 위해 홀센서 등의 센서가 사용된다

 

제어 방식은 코일에 위치해 있는 전자 스위칭의 데이터를 이용해서 DC 전원기반 3상 구동방식으로 제어한다.

 

보통 용도로는 가전제품, 드론, 전동공구, 전기자전거 등 고효율과 긴 수명이 요구되는 다양한 분야 에서 사용된다.

 

제어 방식이 DC모터보다 어렵고, 가격도 비싸며, 별도의 구동회로가 필요하다는 단점이 있다.

 

3.PMSM 모터

PMSM(Per Permanent Magnet Synchronous)모터는 영구자석 동기 모터로, 회전자의 자속을 영구석으로 만들고, 고정자에는 3상 교류 전류를 흘려서 동기 속도로 회전하는 모터이다. 동기는 회전자와 고정자의 회전자계(자기장의 방향이 시간과 함께 회전하는 현상)가 같은 속도로 도는 것을 의미한다. 그림을 보면 알듯이 BLDC와 구조적으로는 유사하지만 제어방식등 에서 차이가 있다.

 

제어 방식은 FOC(Field Oriented Control) 또는 벡터 제어를 사용한다. BLDC와 같이 3상 전류를 만들어 회전자 위치에 맞춰 공급하는 방식이다. 하지만 PMSM은 정현파 전류로 더 부드럽고 정교한 제어가 가능하다.

 

보통 더 정밀한 제어가 필요한 전기차, 로봇, 항공 드론등에서 사용된다.

 

PMSM 모터는 제어 방식이 어렵고, 회전자에 희토류같이 비싼 재료를 써 비용이 매우 높다는 단점이 있다. 말그대로 고비용 고난이도 고성능이다.

 

 

모터들의 자세한 원리를 적으면 더 길어지겠지만, 일단 가볍게 용도 원리 특징만 적어봤다.