브러시리스 DC 모터와 영구 자석 동기 모터 비교
브러시리스 DC 모터와 영구 자석 동기 모터의 차이점이 무엇인지 궁금한 적이 있나요? 이 기사에서는 이 두 가지 모터 유형의 매혹적인 세계에 대해 자세히 알아보고 그 원리를 살펴봅니다.
브러시리스 모터가 브러시 모터보다 성능이 뛰어난 이유가 궁금하신가요? 브러시리스 모터는 전자식 정류 덕분에 마찰과 마모를 줄여 효율성과 내구성을 제공합니다. 반면, 브러시 모터는 더 간단하고 비용 효율적이지만 브러시 마찰로 인해 유지보수 문제가 발생합니다. 이 문서에서는 두 모터 유형의 뚜렷한 원리, 성능 및 적용 분야를 자세히 살펴보고 각 모터의 장점과 한계를 이해하는 데 도움을 줍니다. 이러한 차이점이 속도 조절부터 작동 안정성까지 모든 것에 어떤 영향을 미치는지 알아보세요. 여러분의 필요에 가장 적합한 모터와 그 이유에 대해 자세히 알아보세요.
브러시리스 DC 모터는 모터 본체와 드라이버로 구성된 메카트로닉스 제품입니다.
가변 주파수 속도 조절을 통해 과부하 상태에서 시동을 걸기 위해 로터에 시동 권선이 필요한 동기식 모터와 달리 브러시리스 DC 모터는 자체 제어 모드로 작동합니다. 부하가 급격하게 변할 때 진동이 발생하거나 단계가 어긋나지 않습니다.
대부분의 중소형 브러시리스 DC 모터는 자기 에너지 레벨이 높은 희토류 네오디뮴 철 붕소(Nd-Fe-B) 자석을 사용합니다.
결과적으로 희토류 영구 자석 브러시리스 모터는 동일한 용량의 3상 비동기 모터보다 프레임 크기가 더 작습니다.
브러시 모터는 브러시 장치를 사용하여 전기 에너지를 기계 에너지(모터)로 변환하거나 기계 에너지를 전기 에너지(발전기)로 변환하는 회전 모터입니다. 브러시리스 모터와 달리 브러시 장치는 전압과 전류를 도입하거나 끌어오는 데 사용됩니다.
브러시 모터는 모든 모터의 기본으로, 빠른 시동, 적시 제동, 넓은 범위에서 부드러운 속도 조절, 비교적 간단한 제어 회로 등 여러 가지 장점을 가지고 있습니다.
브러시드 모터는 최초의 모터 유형 우리가 흔히 접하는 모터는 중학교 물리학 수업에서 모터를 설명할 때 모델로 사용되기도 합니다.
브러시드 모터의 주요 구성 요소는 고정자, 회전자 및 브러시입니다.
회전 자기장을 통해 회전 토크가 발생하여 운동 에너지를 출력할 수 있습니다.
브러시와 정류자는 지속적으로 접촉하고 마찰을 일으키며 회전하는 동안 전도와 정류의 중요한 역할을 합니다.
브러시 모터는 코일이 회전하는 동안 자극이 고정된 상태로 유지되는 기계적 정류 방식을 사용합니다.
작동 중에는 코일과 정류자가 회전하고 마그네틱 스틸과 카본 브러시는 고정된 상태로 유지됩니다. 모터와 함께 회전하는 정류자와 브러시는 코일 전류 방향의 교대 변경을 완료할 수 있도록 합니다.
브러시 모터에서 이 과정에는 각 코일 그룹의 두 전원 입력 단자를 링으로 배열하는 작업이 포함됩니다. 전원 입력 단자는 절연 재료로 서로 분리되어 모터 샤프트와 연결된 원통형으로 형성됩니다.
두 개의 카본 요소(카본 브러시)로 만든 작은 기둥을 사용하여 전원 공급 장치를 통과시킵니다. 카본 브러시는 스프링 압력의 작용에 따라 두 개의 특정 고정 위치에서 움직입니다. 코일 그룹에 전원을 공급하려면 상단 코일 전원 입력 링 실린더의 두 지점을 누르면 됩니다.
모터가 회전함에 따라 서로 다른 코일 또는 동일한 코일의 서로 다른 극이 서로 다른 시간에 통전됩니다. 이렇게 하면 코일에서 생성된 자기장의 N-S 극과 가장 가까운 영구 자석 고정자의 N-S 극 사이에 적절한 각도 차이가 생깁니다. 자기장은 서로 끌어당기고 밀어내면서 힘을 생성하고 모터를 회전시킵니다.
카본 브러시는 물체 표면의 브러시처럼 코일 커넥터에서 미끄러지므로 카본 "브러시"라는 용어가 사용됩니다. 그러나 브러시 사이를 미끄러지면 마찰과 손실이 발생하므로 카본 브러시를 정기적으로 교체해야 합니다.
또한 카본 브러시와 코일 커넥터를 번갈아 켜고 끄면 전기 스파크가 발생하고 전자기파가 차단되며 전자 장비에 간섭을 일으킵니다.
브러시리스 모터에서 정류는 컨트롤러 내의 제어 회로에 의해 이루어집니다. 일반적으로 홀 센서와 컨트롤러가 사용되지만, 마그네틱 인코더와 같은 고급 기술을 사용할 수도 있습니다.
브러시리스 모터는 전자식 정류 방식을 채택하여 자극이 회전하는 동안 코일은 고정된 상태를 유지합니다.
영구 자석의 자극 위치를 감지하기 위해 브러시리스 모터는 홀 요소가 통합된 전자 장비 세트를 활용합니다.
이 감지를 기반으로 전자 회로는 코일의 전류 방향을 적시에 전환하여 모터가 올바른 방향으로 자기력을 생성하여 구동할 수 있도록 합니다.
브러시 모터의 단점은 브러시리스 모터에서 제거되었습니다.
이러한 회로를 모터 컨트롤러라고 합니다.
브러시리스 모터의 컨트롤러는 제동 신호를 활용하여 전원 전환 각도 조정, 제동, 후진, 잠금 및 모터 전원 공급 중지 등 브러시 모터가 할 수 없는 여러 기능을 수행할 수도 있습니다. 배터리 자동차의 전자식 알람 잠금장치는 이러한 기능을 최대한 활용합니다.
모터 본체와 드라이버로 구성된 브러시리스 DC 모터는 표준 메카트로닉스 제품입니다.
브러시리스 DC 모터는 자체 제어 모드로 작동하기 때문에 가변 주파수 속도 조절로 과부하 상태에서 시동하는 동기식 모터와 같이 로터에 시동 권선이 필요하지 않습니다. 또한 부하가 급격하게 변할 때 진동이 발생하거나 스텝이 어긋나지 않습니다.
모터가 처음 개발된 19세기 초에 실용적인 모터는 브러시리스 모터였습니다. 이는 AC 다람쥐 케이지 비동기 모터를 말하며, AC가 생성된 후 널리 사용되었습니다.
그러나 비동기 모터에는 극복할 수 없는 결함이 많아 모터 기술 발전에 걸림돌이 되었습니다. 특히 브러시리스 DC 모터는 오랫동안 상용화되지 못했습니다. 전자 기술의 급속한 발전과 함께 최근 몇 년 동안에야 상업적으로 사용할 수 있게 되었습니다.
그럼에도 불구하고 브러시리스 DC 모터는 여전히 AC 모터의 범주에 속합니다.
브러시리스 모터가 발명된 직후 DC 브러시리스 모터가 개발되었습니다. DC 브러시리스 모터는 간단한 메커니즘, 손쉬운 생산 및 가공, 편리한 유지보수, 쉬운 제어로 인해 인기가 높습니다.
DC 모터는 빠른 응답, 큰 시동 토크, 영속에서 정격 속도까지 정격 토크를 제공할 수 있는 능력 등의 특성도 가지고 있습니다. 그 결과 도입되자마자 널리 사용되었습니다.
DC 브러시 모터는 빠른 시동 응답, 상당한 시동 토크, 안정적인 속도 변화, 0에서 최대 속도까지 최소한의 진동, 시동 중 더 큰 부하를 구동하는 기능 등 여러 가지 장점이 있습니다.
반면 브러시리스 모터는 높은 시동 저항(유도 리액턴스)으로 인해 역률이 낮고 시동 토크가 상대적으로 작다는 단점이 있습니다. 또한 시동 시 윙윙거리는 소리와 강한 진동이 발생하며 시동 시 작은 부하만 구동할 수 있습니다.
브러시 모터는 전압으로 조절되어 안정적인 시동, 제동 및 정속 작동을 보장합니다.
반면에 브러시리스 모터는 일반적으로 디지털 주파수 변환을 통해 제어됩니다. 이 프로세스에는 AC를 DC로 변환한 다음 다시 AC로 변환하고 주파수 변경을 사용하여 속도를 제어하는 과정이 포함됩니다.
결과적으로 브러시리스 모터는 시동 및 제동 시 불안정한 성능과 상당한 진동을 경험할 수 있습니다. 일정한 속도로 작동할 때만 안정적으로 작동합니다.
DC 브러시리스 모터는 일반적으로 감속기 및 디코더와 결합하여 모터의 출력을 높이고 제어 정확도를 향상시킵니다.
0.01mm에 이르는 제어 정확도로 모터는 거의 모든 원하는 위치에서 움직이는 부품을 멈출 수 있습니다.
DC 모터는 모든 정밀 공작 기계를 제어합니다.
그러나 브러시리스 모터는 시동 및 제동 시 안정적이지 않으며, 움직이는 부품이 매번 다른 위치에서 멈춥니다.
원하는 위치에 도달하려면 로케이팅 핀 또는 스토퍼를 사용해야 합니다.
DC 브러시 모터는 구조가 간단하고 생산 비용이 저렴하며 제조업체 수가 많고 기술이 성숙해 널리 사용됩니다. 일반적으로 공장, 공작 기계, 정밀 기기 및 기타 응용 분야에서 활용됩니다.
모터 고장이 발생하면 카본 브러시만 교체하면 됩니다. 카본 브러시 한 개당 가격이 몇 위안에 불과해 경제적인 솔루션입니다.
반면에 브러시리스 모터 기술은 아직 미성숙하고 가격이 비싸며 적용 범위가 제한적입니다. 가변 주파수 에어컨 및 냉장고와 같은 정속형 장비에 가장 적합합니다. 브러시리스 모터가 손상된 경우 교체만 가능합니다.
브러시리스 모터는 브러시가 필요 없기 때문에 작동 중에 전기 스파크가 발생하지 않는다는 중요한 변화를 가져옵니다. 이는 원격 제어 무선 장비에 대한 전기 스파크의 간섭을 줄이는 데 직접적인 영향을 미칩니다.
브러시리스 모터는 브러시 없이 작동하므로 마찰이 현저히 줄어들고 작동이 부드러우며 소음 수준이 훨씬 낮습니다. 이러한 장점은 모델의 작동 안정성에 크게 기여합니다.
브러시리스 모터는 브러시 없이 작동하기 때문에 마모의 주요 원인은 베어링에 있습니다. 기계적 관점에서 볼 때 브러시리스 모터는 유지보수가 거의 필요하지 않습니다. 필요한 경우 간단한 먼지 제거 유지보수만 하면 됩니다.
두 모터의 제어는 전압 조절을 통해 이루어집니다. 브러시리스 DC 모터는 전자식 정류를 사용하며 디지털 제어로 구현할 수 있는 반면, 브러시 DC 모터에서는 사이리스터와 같은 기존 아날로그 회로를 카본 브러시를 통한 정류에 사용할 수 있어 비교적 간단합니다.
1. 브러시 모터의 속도 조절 과정에는 모터의 전원 공급 전압 조정이 포함됩니다. 조정된 전압과 전류는 정류자와 브러시를 통해 변환되어 전극에서 생성되는 자기장의 세기를 변화시켜 속도를 변경합니다. 이 과정을 가변 전압 속도 조절이라고 합니다.
2. 반면 브러시리스 모터의 속도 조절 과정에는 모터 전원 공급 장치의 전압을 그대로 유지하면서 전기 조절의 제어 신호를 변경하는 것이 포함됩니다. 마이크로프로세서에 의해 고전력 MOS 트랜지스터의 스위칭 속도가 변경되어 속도가 변경됩니다. 이 과정을 가변 주파수 속도 조절이라고 합니다.
MachineMFG의 창립자인 저는 10년 넘게 금속 가공 산업에 종사해 왔습니다. 폭넓은 경험을 통해 판금 제조, 기계 가공, 기계 공학 및 금속용 공작 기계 분야의 전문가가 될 수 있었습니다. 저는 이러한 주제에 대해 끊임없이 생각하고, 읽고, 글을 쓰면서 제 분야에서 선두를 유지하기 위해 끊임없이 노력하고 있습니다. 저의 지식과 전문성을 귀사의 비즈니스에 자산으로 활용하세요.
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