코어리스 모터란?
코어리스 모터는 철심이 없는 소형 모터입니다.
무철심 전동기라고도 합니다. 코어리스 모터의 장점은 철심이 없기 때문에 철손으로 인한 손실이 없다는 것이다. 코깅으로 인한 진동이 없어 조용히 작동합니다.
그러나 발생하는 자력이 일반 모터보다 약하기 때문에 토크가 작습니다.
코어리스 모터의 사용 용도
코어리스 모터는 크기가 작고 진동과 소음, 전자기 장애가 적은 특징을 살려 휴대폰의 진동을 일으키는 진동 모터나 무선 조종기, 로봇의 서보 모터 등에 활용되고 있습니다.
응답성과 제어성이 뛰어나 측량 장비나 카메라 렌즈의 모터, 초음파 내시경, 수술용 드릴 등에도 사용되고 있으며, 특히 의료용도로는 필수 불가결한 모터입니다. 각 제조사마다 독자적인 코일 권선 방식과 재질 등의 개발이 진행되고 있습니다.
코어리스 모터의 원리
일반 모터는 철심에 코일을 감고 그 바깥쪽에 자석을 배치한 구조입니다. 코일에 전류를 흘려 전자기 유도에 의해 발생하는 자기장을 이용해 자석에 회전을 일으킵니다.
코어리스 모터는 반대로 안쪽에 영구자석을 배치하고 자석 바깥쪽에 수지 등을 이용해 컵 모양으로 코일을 감아 철심을 없앴습니다. 코일에 전류를 흘리면 플레밍의 왼손의 법칙에 따라 코일이 회전하는 구조입니다. 코일이 회전하기 때문에 로터라고 부릅니다.
1. 전류에 대한 반응
코어리스 모터는 권선 수의 인덕턴스가 적어 고효율 모터입니다. 입력 전압에 대한 전류 상승의 특성을 나타내는 파라미터로 모터의 전기적 시간 상수가 있습니다.
전류가 피크 값의 63.2%에 도달하는 시간을 나타냅니다. 코어리스 모터는 전기적 시간 상수가 상대적으로 낮기 때문에 전류가 매우 빠르게 반응합니다.
2. 가감속 응답
코어리스 모터는 무게가 가벼워진 만큼 관성이 작은 모터입니다. 관성모멘트는 질량에 비례하여 커지는 관성모멘트를 말합니다.
관성모멘트는 주어진 회전속도로 가속 또는 감속하는 데 필요한 토크인 가감속 토크와 비례관계에 있습니다. 즉, 코어리스 모터에서는 가감속 토크도 작아지기 때문에 급가속, 급감속에 적합한 모터입니다.
내부 자석을 네오디뮴 자석 등 강력한 희토류 자석을 사용함으로써 더욱 소형화 및 토크 확대가 진행되고 있습니다. 소형화, 박형화, 경량화에 기여하고 있습니다.
코어리스 모터의 기타 정보
1. 코어리스 모터의 효율성
코어리스 모터의 경우 철손이 발생하지 않습니다. 철손은 주로 히스테리시스 손실과 와전류 손실로 구성됩니다. 철심의 자기장 보고가 변화함에 따라 발생하는 에너지 손실을 히스테리시스 손실이라고 합니다.
또한 자기장 방향의 변화에 따라 철심 내부에서 전류가 발생합니다. 발생한 전기 에너지는 열이 되어 외부로 빠져나가는데, 이 손실이 와전류 손실입니다.
코어리스 모터의 경우 위와 같은 철손이 발생하지 않기 때문에 고속 회전 시에도 고효율로 작동할 수 있습니다. 코일을 감는 방식에 각 사의 기술력이 나타나면서 낭비를 줄이고 효율을 높이기 위해 고안되고 있습니다.
2. 코어리스 모터와 브러시리스 모터의 차이점
코어리스 모터는 철심(코어)을 사용하지 않고 코일과 자석으로 구성된 모터를 말합니다. 일반적인 철심에 코일이 감긴 모터를 코어드 모터라고 합니다.
브러시리스 모터는 브러시를 사용하지 않고 전자회로로 전류의 방향을 제어해 회전시키는 모터를 말합니다. 반면 브러시와 정류자에 의해 회전하는 모터를 브러시 모터라고 하며, DC 모터(직류 모터)에서는 회전을 지속하기 위해 주기적으로 전류의 방향을 바꿔야 하므로 이를 전자회로로 제어하느냐, 정류자와 브러시로 제어하느냐에 따라 분류합니다.
코어리스 모터는 브러시 모터와 브러시리스 모터로 나뉜다. 코어가 없고 브러시가 없는 모터를 코어리스 브러시리스 모터라고 합니다. 브러시 모터의 경우 로터는 코일, 고정자는 영구 자석입니다. 브러시리스 모터의 경우 로터는 영구 자석, 고정자는 코일입니다.
3. 코어리스 모터의 장점과 단점
장점
- 소형, 경량
- 고속 회전 가능
- 고효율, 저소비전류
- 코깅리스
모터의 무게는 철심이 대부분을 차지합니다. 코어리스 모터는 철심이 없기 때문에 소형화, 경량화를 실현하고 있습니다. 또한, 관성모멘트(관성모멘트)가 작아 응답성과 제어성이 뛰어나며, 모터 효율이 높아 고속 회전이 가능합니다.
코어드 모터의 경우, 철심과 자석이 가까워졌다 멀어지는 동작을 반복하면서 코깅이라는 자력의 걸림이 발생합니다. 하지만 코어리스 모터는 코깅이 발생하지 않기 때문에 부드럽고 조용한 회전이 가능하다는 장점도 있습니다.
단점
- 토크가 작다
- 열에 약하다
- 높은 가격
코어리스 모터는 일반적으로 토크가 작다는 것이 단점입니다. 토크의 크기는 전류 값에 비례합니다. 높은 토크를 내기 위해서는 큰 전류를 흘려야 하는데, 구리선이 가늘고 철심이 없기 때문에 기계적으로 코일이 약해 큰 전류를 흘릴 수 없습니다.
허용 전류값이 작은 코어리스 모터에 큰 전류를 흘리면 열로 인해 코일이 변형되어 모터가 고장날 수 있습니다.