DC 모터란?
DC 모터는 직류 전원으로 작동하는 모터입니다. 일반적으로 브러시 모터를 지칭하는 경우가 많습니다.
전기는 직류 전원과 교류 전원의 두 가지 종류가 있습니다. 직류전원은 전류의 방향이 항상 한 방향으로만 흐르는 전원이며, 교류전원은 전류의 방향이 주기적으로 바뀌는 전원입니다. 영어로 번역하면 직류는 Direct Current, 교류는 Alternate Current입니다. 각각 머리글자를 따서 DC 전원, AC 전원이라고 부릅니다.
따라서 DC 모터는 DC 전원을 사용하는 모터를 말합니다.
DC 모터의 사용 용도
DC 모터는 산업용, 일반용을 막론하고 널리 사용되고 있습니다. 일반용으로는 장난감 무선 조종기나 자동차 모형에 사용됩니다. 과거 유행했던 미니 네바퀴굴림은 DC 모터를 사용하는 장난감의 대표적인 예. DC 모터는 구조가 간단하고 저렴하며, 건전지를 전원으로 사용할 수 있기 때문에 장난감에는 DC 모터가 사용되는 경우가 많습니다.
산업용으로는 1800년대부터 기차의 주행 모터에 사용되어 왔습니다. 최근에는 전기자동차용 주행용 모터, HDD 회전용 모터 등에 사용되고 있습니다.
DC 모터의 원리
DC 모터의 내부에는 코일이 감긴 회전자(Rotor)가 중앙에 설치되어 있고, 그 주위에는 N극과 S극으로 분극된 고정자(Stator)가 각각 설치되어 있습니다.
DC 모터에 전류를 흘리면 플레밍의 법칙에 의해 코일 내부에 자기장이 발생합니다. 자화된 회전자 자극과 고정자 자극이 동극일 경우 반발력이 유도되고, 이극일 경우 흡인력이 유도되어 회전자 회전이 이루어집니다.
회전자에 흐르는 전류를 반전시키면 인력과 척력이 변화하기 때문에 이를 교대로 반복하여 회전자에 일정한 방향으로 회전시킵니다. 또한 자화에 필요한 전력은 정류자라고 불리는 부분에 도체 브러시가 접촉하여 공급됩니다.
간단한 구조로 인해 출력 토크 효율이 높은 모터를 저렴하게 제조할 수 있다. 하지만 정류자와 브러시가 접촉하여 회전하기 때문에 브러시가 마모됩니다. 따라서 소형 브러시 DC 모터는 브러시 수명이 모터 수명에 영향을 미칩니다.
DC 모터의 종류
DC 모터는 영구 자석형 DC 모터와 전자기장형 DC 모터가 주류이지만 최근에는 브러시리스 DC 모터도 있습니다.
1. 영구 자석형 DC 모터
영구자석형 DC 모터는 고정자에 영구자석을 사용합니다. 회전자는 철심과 코일로 구성된 전자석으로 합니다. 고정자에 통전할 필요가 없기 때문에 구조가 간단하고 제어가 쉽습니다.
2. 전자기장형 DC 모터
전자기장형 DC 모터는 고정자와 회전자 모두 전자석으로 구성됩니다. 고정자에 흐르는 전류를 크게 하면 계자속이 커지기 때문에 중대형 DC 모터에 사용되어 왔습니다.
3. 브러시리스 DC 모터
브러시리스 DC 모터는 회전자에 영구자석을 사용한 모터입니다. 회전자 변위를 자기 센서로 읽어내어 고정자의 발생 자기장을 변화시켜 제어합니다. 브러시가 없어 수명이 길고 유지보수가 쉬운 반면, 브러시리스 DC 모터 전용 전원을 사용해야 합니다.
DC 모터에 대한 추가 정보
DC 모터와 AC 모터의 차이점
DC 모터와 AC 모터의 차이점은 전원 공급 장치로, DC 모터는 직류 전원으로, AC 모터는 교류 전원으로 구동됩니다. 다음은 서로의 특징을 나열합니다.
DC 모터의 특징
- 배터리 전원을 그대로 사용 가능하다.
- 회전 특성이 안정적이다.
- 저렴한 가격으로 제작 가능하다.토크 제어 성능이 높고 응답이 안정적이다.
- 회전이 고르지 못한다.
- DC 고전압 발생이 어려워 대형화가 어렵다.
AC 모터의 특징
- 상용전원을 그대로 사용 가능하다.
- 브러시가 없어 구조가 간단하고 견고하다.
- 고전압을 만들기 쉽고 대형화 가능하다.
- 전원 주파수에 따라 회전속도가 일정하게 유지된다.
- 회전속도 제어를 위해서는 VVVF 장치가 필요하다.
또한, 전력회사에서 제공하는 전원은 교류전원입니다. 교류 전원에서 DC 모터를 구동시키기 위해서는 정류기(컨버터)를 이용하여 직류 전원으로 변환하여 사용합니다.