DC 모터란?
DC 모터는 회전축에 전류를 흐르게 하기 위해 브러시로 불리는 슬라이딩 접점을 가진 모터입니다.
권선형 교류 모터 등도 브러시를 사용하지만, 일반적으로 브러시 모터라고 하면 직류 브러시 모터를 말합니다.
구조가 간단하고 저렴하며, 토크 제어가 쉬운 것이 특징입니다. 그러나 브러시는 회전으로 인해 마모되기 때문에 정기적인 유지보수가 필요합니다. 구동 시 소음이 발생한다는 단점이 있습니다.
DC 모터의 사용 용도
DC 모터는가전제품부터 산업용까지 폭넓게 사용되고 있습니다. 대표적인 예는 다음과 같습니다.
사무실용 소형 선풍기 및 PC 냉각팬
보일러 배기팬 등 산업용 기기
통근 전철의 주행 모터
엘리베이터의 승강 모터
직류 모터 중에서는 가격이 저렴하여 직류 사무기기의 냉각팬 등에 사용된다. 또한, 토크 및 회전속도 제어가 용이하여 예로부터 전철, 엘리베이터 등 이동기기에 많이 사용되어 왔습니다.
최근 이동기기의 토크 제어는 브러시가 필요 없고 유지보수가 용이한 인버터 제어가 주류를 이루고 있습니다. 또한, 브러시리스 모터 등도 보급되고 있습니다.
DC 모터의 원리
DC 모터의 구성은 회전자, 고정자, 정류자로 이루어져 있습니다. 고정자에는 코일을 사용하는 경우와 영구자석을 사용하는 경우가 있습니다.
고정자에서는 상시 자기장을 발생시키고, 회전자에 감긴 코일에 의해 흐르는 전류와 고정자 자기장에서 전자기력이 발생하여 모터를 회전시킵니다.
브러시는 정류자에 닿아 코일 전류의 방향을 한 방향으로 향하도록 하는 것이 중요합니다.
전류의 크기를 변화시켜 토크와 속도를 제어할 수 있는 것이 특징입니다.
DC 모터의 기타 정보
1. DC 모터의 수명
DC 모터의 브러시 수명은 일반적으로 수백 시간에서 수천 시간으로 알려져 있습니다. 반면 DC 모터 본체의 수명은 베어링의 수명에 따라 결정되며, 일반적으로 수만 시간에서 수십만 시간입니다.
DC 모터는 고정자와 회전자 사이의 반발력과 인력이 전환되면서 회전합니다. 회전자가 회전하기 위해서는 회전 각도에 따라 자력의 극성을 전환해야 하는데, 정류자가 그 역할을 합니다.
구동은 단순히 직류 전압을 인가하기만 하면 되므로 구동이 간단하고 사용하기 쉬운 반면, 브러시는 기계적인 접점이기 때문에 회전으로 인해 마모되기 때문에 브러시를 교체할 수 없는 경우 브러시 수명이 모터의 수명이 됩니다.
2. 브러시리스 모터와의 차이점
브러시 모터는 직류 전원으로 쉽게 구동할 수 있기 때문에 DC 모터라고도 합니다. 반면 브러시리스 모터는 영구 자석 동기 모터라고도 합니다. DC 모터는 브러시리스 모터보다 구동이 쉽고 비용도 저렴하여 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
DC 모터는 많은 분야에서 활용되고 있지만, 브러시의 마모로 인해 수명이 짧다는 단점이 있습니다. 장기간 사용하기 위해서는 브러시 교체가 필요합니다. DC 모터의 제어에는 직류 전압 제어뿐만 아니라 PWM 펄스로 구동하는 방법도 있습니다.
반면 브러시리스 모터는 정류자와 브러시를 없애고 회전자에 영구자석을 사용합니다. 브러시가 없기 때문에 수명이 길고 베어링 수명이 브러시리스 모터의 수명가 됩니다.
브러시리스 모터의 구동은 ‘구형파 구동(구형파 전압으로 구동하는 방식)과 사인파 구동(정현파 전압으로 구동하는 것)으로 나뉩니다. 구형파 구동은 구동 회로가 비교적 간단한 반면, 회전 시 소음과 진동 등이 발생합니다. 반면 정현파 구동은 구동 회로가 복잡하지만 회전 시 소음과 진동이 적은 것이 특징입니다.