DC 모터와 BLDC모터

출처 나무위키

일반 DC 모터는 정류자와 브러시로 전류 방향을 전환합니다.

정류자의 역할
원통형의 금속 조각으로 구성되며 회전자와 함께 돌아갑니다. 분할된 세그먼트로 나누어져 있어 브러시와 접촉하면서 전류 방향을 바꿔줍니다. 비유하자면 자건거 페달을 한쪽만 밟으면 크랭크가 반바퀴만 돌고 멈춥니다. 하지만 다른 발로 바꿔가며 밟으면 크랭크가 계속 돌아가는 것과 같습니다.

브러시의 역할
탄소 또는 금속 탄소 합금으로 만들어지며 정류자와 접촉합니다. 고정된 브러시가 정류자에 전기를 공급하는 역할을 합니다. 정류자가 회전하면서 브러시는 다른 세그먼트로 전화되며 전류 방향을 바꿔줍니다.이렇게 하며 회전자는 항상 같은 방향으로 힘을 받아 계속 돌게 됩니다.

 

출처 skyhan62블로거

 

 

그런데 왜 BLDC 모터는 정류자와 브러시가 없을 까요?
브러시와 정류자는 마모와 스파크,효율저하를 유발합니다. BLDC모터는 홀 센서 와 센서리스 제어로 전류 방향을 제어합니다. 홀 센서의 역할은 자기장 감지기입니다. 자석의 위치를 실시간을 감지합니다. 자전거 바퀴에 붙은 자석을 속도계가 감지하듯 감지하게 됩니다. 홀 센서의 물리적 설명은 홀 효과라고 하고 자석이 가까워지면 전압신호를 출력하는 원리를 말합니다.

 

출처 브라더NISSEI 블로거

 

홀 센서는 왜 필요할까?
모터의 자석과 코일은 정확히 맞물려야 합니다. 타이밍을 못 맞추면모터가 뚝뚝 끊기거나 효율이 떨어집니다. 지금 자석이 어디 있는지 알려주면 제어기가 알맞은 코일을 켤 수 있기 때문입니다. 
자전거 기어를 바꾸듯이 전류 경로를 변경하여 회전자(자석)가 계속 돌게 하는 것입니다. 저속에서도 정밀한 제어 가능하기 때문에 로봇이나 의료기기, 정밀제어에 필수적이라고 할 수 있습니다.

BLDC 모터의 U, V, W 코일 이해하기
BLDC 모터의 고정자(Stator)에 감겨 있는 3개의 전자석 코일입니다. 코일은 120도 떨어져 배치되게 됩니다. 삼각형 모양으로 배치됩니다.이 코일들에 순서대로 전류를 흘려 자석을 끌어 당겨 모터를 회전시켜 줍니다.

DC 모터 vs BLDC 모터의 모양 차이
BLDC 모터는 전자식 제어로 정류자와 브러시가 없어 공간이 절약되기 때문에 납작한 팬케이크 모양으로 이루어져 있습니다.

왜 BLDC는 코일이 여러 개인가?
코일을 많고 촘촘히 배치하면 회전자가 부드럽게 움직입니다 DC 모터는 정류자 접점 한계로 코일 수가 제한되지만, BLDC는 전자식 제어로 12개 이상의 코일도 가능합니다. 코일이 많을수록 진동/소음이 줄어듭니다.