브러시리스 모터란?
브러시리스 모터는 정류자나 브러시 등의 기계적 접촉부를 제거한 모터입니다. 전자 회로가 정류자를 대신하여 정류자와 브러시를 없앴습니다. 직류 모터는 고정자 권선 회로의 자력에 의해 영구 자석의 회전자(로터)를 구동합니다. 전류의 전환을 센서와 반도체 스위치로 전환하여 회전시킵니다.
전류와 토크, 그리고 전압과 회전 속도가 비례한다는 점에서 DC 모터의 성격을 가지며, 구조는 AC 모터의 장점을 모두 가지고 있습니다. 소형, 고출력, 고효율, 장수명의 특성을 가지고 있으며, 스파크나 소음이 발생하지 않아 컴퓨터에서 가전제품에 이르기까지 다양한 용도로 활용되고 있습니다.
브러시리스 모터의 사용 용도
브러시리스 모터는 DC 모터의 특성을 가지고 있으며, 고효율, 장수명, 저소음의 특징을 가지고 있습니다. 가전제품, 전자기기, 자동차 등 다양한 분야에서 사용되고 있습니다. 가전제품에서는 에어컨, 식기세척기, 세탁기, 냉장고, 선풍기, 청소기 등의 팬 모터와 구동 모터에 사용됩니다. 인버터로 제어되는 에어컨과 냉장고의 컴프레서에 최적입니다.
업무용 전자기기에서는 레이저 프린터의 급지, 드론의 프로펠러 구동, 짐벌 제어, 하드디스크와 광디스크, 공구의 드릴, 드라이버, 톱 구동 등 광범위하게 사용된다. 또한 자판기, 금융 단말기, 매표기, 복사기, 온수기, 냉동냉장 쇼케이스 등에도 사용됩니다.
또한, 자동차 분야에서의 채용이 빠르게 증가하고 있습니다. 전동식 파워 스티어링, 도어락, 전조등 광축 조정, 도어 개폐 등의 구동 모터, 전기자동차의 에어컨 컴프레서, 전기자동차의 트랙션 모터 등으로 용도가 확대되고 있습니다.
브러시리스 모터의 원리
브러시리스 모터는 로터와 고정자, 로터의 회전 위치를 감지하는 센서, 구동용 드라이버 회로 등으로 구성됩니다.
1. 로터와 고정자
로터는 영구 자석으로 자기장을 만들고, 고정자에는 권선이 감겨져 자속을 발생시킵니다. 로터의 회전 각도에 따라 고정자 코일에 흐르는 전류의 방향을 변경하여 자속 방향을 변경합니다. 브러시리스 모터는 자속 방향을 변경하는 수단으로 정류자와 브러시를 사용하지 않고 센서와 반도체 스위치를 사용합니다.
2. 로터의 회전 위치 감지
로터의 회전 위치를 감지하는 센서는 홀 IC 또는 광학식 인코더가 사용됩니다. 역기전력을 감지하는 방법도 있습니다. 로터의 위치를 감지하여 고정자의 자속 방향이 순차적으로 진행되도록 전류를 전환하여 회전시킵니다. 모터의 권선이 3상인 경우, 센서는 고정자 안쪽에 3개가 배치되어 로터의 회전에 따라 디지털 신호를 출력합니다.
3. 구동 드라이버
브러시리스 모터는 모터를 제어하는 인버터 회로의 드라이버가 전원으로 필요합니다. 모터 권선에는 스위칭용 트랜지스터가 연결되어 있으며, 6개의 트랜지스터로 인버터를 구성합니다. 상용 전원은 다이오드 브리지를 통해 정류되어 직류 전압으로 변환되어 인버터 회로에 공급됩니다.
로터 위치 감지 센서의 디지털 신호가 인버터 회로의 트랜지스터에 입력되어 인버터의 전원이 켜지고 꺼집니다. 이 전원이 모터의 권선에 공급되어 모터가 구동됩니다. 센서의 신호 조합을 통해 로터의 자기극 각도를 감지하고 토크가 필요한 권선의 트랜지스터를 제어하여 회전 자기장을 만들 수 있도록 합니다.
모터의 회전 속도는 센서 신호를 제어 회로에 피드백하여 정해진 속도를 유지할 수 있도록 합니다.
브러시리스 모터에 대한 추가 정보
브러시리스 모터의 특징
1. 긴 수명
브러시리스 모터는 정류자와 브러시가 없고 슬라이딩 부분이 없기 때문에 수명이 길다는 특징이 있습니다. 브러시 모터에 비해 수명이 10배 이상 길고 유지보수가 용이합니다.
2. 모터 특성
DC 모터의 특성을 가지고 있으며, 전류와 토크 및 전압과 회전속도가 비례하여 저속에서도 높은 토크를 얻을 수 있습니다. 다른 모터에 비해 효율이 가장 우수하고, 크기가 작고 소음이 적어 활용도가 높다. 또한, 고속 회전이 용이하고 발생 소음이 적습니다.
3. 제어성
소형, 경량의 특성이 있고 관성모멘트가 비교적 작기 때문에 변화에 대한 추종성이 우수합니다. 부하가 변해도 저속부터 고속까지 안정적인 속도로 운전할 수 있습니다.
4. 단점
모터의 전원으로 모터의 회전을 제어하는 인버터 회로가 필요합니다. 제어 장치와 회전 위치 센서를 포함하여 전체 장치 비용이 비싸다는 단점이 있습니다.