[모터와 발전기] 모터의 종류와 특징

Motor의 종류와 특징

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• 모터의 정의와 분류
  
• Stepping motor
  • Stepping motor의 특징과 명칭
  • 스텝핑 모터의 종류와 그 개요
  • 스텝핑 모터의 용어 설명

• Brushless motor
• 브러시리스 모터의 종류

• 인덕션 모터(유도 전동기)

• 리버서블 모터

• 관련사이트

모터의 정의와 분류

모터란 고정자가 일정한 갭을 가지고 가동자에 접선력을 미치는 
스로크가 무한한 회전기와 이것을 선상으로 전개한 직선기이다. 
이와 같이 정의하면 전자석이나 솔레노이드는 모터에 포함하지 않게 된다.
이와 같이 정의된 모터를 특성, 기능에 다라 분류하면 크게 직류기와 교류기로
분류된다. 직류기는 그 단자에 직류전압을 가하면 모터로서 운전할 수 있고 
교류기는 교류전압을 가하지 않으면 모터로서 운전할 수 없는 것을 말한다.
이러한 분류는 옛날부터 사용되어 온 것으로 인버터나 사이클론 컨버터와 같은
전력의 변환기술이 없고 전원의 제약이 엄격했던 시대를 반영하고 있다.
현재는 파워 일렉트로닉스의 발달로 어떤 측성도 제어에 의하여 도출해 낼 수 있다.
가령, 서보 모터의 특성은 직류모터나 동기 모터, 유도 모터에서도 도출해 낼 수 있다.
또한 스텝핑 모터의 기능도 인코더를 붙여 각도 스텝을 제어하면 직류 모터나 유도 모터에서도
도출할 수 있다.
여기서 모터의 기본 기능을 동기 모터나 유도 모터에서도 직류 모터와 같은 평가계수로 표시할 
필요성이 생긴다. 이를 위해서는 교류 모터의 머신 정수(저항, 인덕턴스 등)를 등가 직류 모터의 
머신 정수로 환산할 필요가 있다. 그 환산표중 실효상 전류가 전기자 전류와 같다는 전류기준의 
교류모터(실효값)가 가장 많이 사용되고 있다.

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Stepping motor

1.Stepping motor의 특징과 명칭 

Stepping motor는 이외에도 Step motor, Pulse motor, Stepper motor등으로도 불리고 있는데
이것을 우리말로 번역하면 보진전동기 또는 계동전동기로 보면 될 것이다. 여기에서 보진이란 
한 걸음 한걸음 단계적으로 움직이는, 그야말로 모터의 동작 이미지를 나타내고 있는 셈이다.

스텝핑 모터의 특징에는 여러가지가 있으나 그 최대의 특징은 펄스 전력에 의한 회전 특성을 가지고 
있는데 있다. 특히 입력 펄스에 비례하는 회전각, 입력 주파수에 비례하는 회전 속도는 
그대로 오픈 루프의 제어계를 구성할 수 있게 된다. 따라서 이들 성질을 이용하면 디지털 신호로 
피드백계가 없는 위치결정장치를 구성할 수 있다.
스텝핑 모터의 특징을 더 열거해 보면 간혈 초고속 구동, 연속 회전, 정, 역전, 변속, 마이크로 스텝 구동
등을 들 수 있다. 이 가운데서도 간헐 구동은 스테핑 모터의 가장 자랑할 만한 특징이라 할 수 있다.
이 성질을 이용함으로써 1시간에 1스텝구도으 1일에 1스텝 구동 등을 쉽게 실현시킬 수 있다. 
또한 이것을 다른 모터로 실현시키자면 일시적으로 감속기구를 더 장비해야만 한다. 
또 마이크로 스텝 구동도 스테핑 모터의 고유기술인데 이들을 구사하면 초미세의 스텝각회전을 실현할 수 있다.(0.0072도)
또 연속 회전 구동의 경우, 입력펄스의 총수에 따라 최적인 회전각을 정확히 규제할 수 있다.
또한 스텝핑 모터는 그 성질상의 단순한 구동력을 필요로 하는 용도에는 부적합하다. 이것은 모터의 
전력 효율이 일반적으로 낮은 것, 모터를 돌리기 위한 구동회로의 코스트가 높은 것이 크게 관계되기 때문이다.

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2.스텝핑 모터의 종류와 그 개요 

스텝핑 모터에는 여러가지 종류가 있느니만큼 사용 목적, 요구 성능에 따라 적절히 구분 사용하는 것이 
중요하다. 
예를 들어 정밀한 위치결정 제어에는 하이브리드형이, 또 저가격으로 간단한 제어계에는 PM형이 각각 
사용되고 있다. 스텝핑 모터의 생산량은 근년, 눈에 띠게 늘어났는데 그 태반은 수 와트정도의 소형물이다.
또 이들 중에서도 특히 사용량이 많은 것은 OA 기기에 집중되고 있다.
가격 성능면에서 적당한 PM형이 가장 많이 보급되고 있으며, 특히 PM형에서는 판금 가공을 주체로 한 것이
그 태반을 차지하고 있다.
스텝핑 모터를 분류할 경우, 자기회로의 구성에 의한 분류가 일반적이나 이밖에도 모터의 외관 형상
운동 형태, 구동 권선, 여자 모드 등에 따라 분류하는 것도 있다. 

<자기회로에 의한 분류>

• PM형(permanent magnet type):영구자석형
• VR형(Variable reluctance type):가변 릴럭턴스형
• HB형(Hybrid type): 영구자석, 가변 릴럭턴스형

PM형 스텝핑 모터

PM형 스텝핑 모터의 구조는 로터부가 영구자석으로 구성되어 있고 
그 주위에 여러 개의 스테이터 자극이 대향으로 배치되어 있다. 
특히 판금가공에 의하여 돌기를 세운 것을 클로폴형(claw pole)구조라 부르고 있다. 또 스테이터 구조에는 
이밖에 적층 코어 타입도 있다. 

VR형 스텝핑 모터

VR형의 구동 원리는 전자석의 흡인력에 의하여 로터 돌극을 끌어 들임으로써 발생하는 회전력을 이용한 것이다.
따라서 영구자석을 사용하지 않는다.

HB스텝핑 모터

일반적으로 모터중에서 가장 가격이 비싼 편이다. 그 구조는 좌우 2개의 로터 자극간에 착자된 희토류 마그넷이 
배치되어 있다.

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3.스텝핑 모터의 용어 설명
스타팅 특성(Starting characteristics)
스텝핑 모터의 동특성을 나타내는 것으로 모터의 스텝수가 입력 펄스와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는
부하 토크의 범위를 말한다. 또 이것을 풀인 토크 특성이라고 하는 경우도 있다.
또한 이 범위를 넘는 펄스 입력에 대해서는 모터가 탈조되어 버린다. 즉 모터가 이상 진동을 수반하지 않고 
정지해버린다는 것을 의미한다.

• 슬루잉 특성(slewing characteristics)
  모터를 스타팅 특성내에서 기동시킨 다음 입력 신호 주파수를 서서히 올릴 경우, 동기 회전할 수 있는
  부하 토크의 범위를 말한다.
  또 이것을 Pull out torque특성이라고 하는 경우도 있다. 그런데 슬루잉 특성은 모터의 최대
  자기동 주파수 범위를 넘고 있으므로 이것을 적극적으로 이용하면 대폭적으로 특성을 향상시킬 수 있다.
  
• Maximum starting pulse rate
  모터의 스텝수가 입력 신호와 1:1의 관계로 기동시킬 수 있는 최대 주파수를 말한다. 다만 이 경우 모터는
  무부하 상태이어야 한다. 
  
• Detent torque
  무여자 유지 토크는 스텝핑 모터의 축에 외부에서 회전 토크를 주어 강제적으로 각도 변위를 줌으로서 발생하는 
  토크를 말한다. 
  
• Settling time
  최종 펄스신호를 입력한 다음 로터가 정지하기까지의 감쇠 진동 시간을 말한다. 
  스테핑 모터에 있어서는 이 시간이 짧고 보다 진폭이 작은 것이 요구된다.
  
• Brushless motor

         브러시리스 모터는 DC모터에서 브러시, 정류자 등 기계적인 접촉부를 들어내고
         이것을 전기적으로 바꾸어 놓은 직류 모터를 말한다. 그래서 브러시리스 모터를

         무정류자 모터하고도 한다.

1.브러시리스 모터의 특징

뭐라해도 최대의 특징은 원리적으로 브러시리스로 인해 노이즈가 발생하지 않는다는 점이다. 
여기에는 기계적인 접촉부가 없으므로 고속 회전형 모터, 장수명형 모터의 실현도 가능해진다.
한편, DC모터는 제어용 모터로 매우 뛰어난 특성을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 예를 들면 급격한 가속성,
큰 기동 토크, 전압 변화에 대한 선형 수하 특성, 출력 토크 대 입력 전류의 선형성등이다.
이것은 매우 중요한 사항으로 제어용 모터에 요구되는 거의 모든 특성을 겸비한 모터라 할 수 있다.
그러나 이와 같이 뛰어난 모터에도 오직하나, 결정적인 결점을 지니고 있다. 그것은 브러시,
정류자에 의한 기계적인 접촉부이다. 이것은 DC모터가 기능하기 위해서는 필요불가결의 요소로서
이것으로 인하여 모터가 회전되는 셈이다. 그러나 모터가 끊임없이 섭동작용을 반복하므로 브러시,
정류자의 마모가 진행되고 이때문에 금속분말이나 흑연이 비산하여 현저히 모터의 수명을 줄인다.
또 마모가 진행되면 정류자간에 이상 아크가 발생하고 마침내는 플래시 오버 현상을 일으킨다.
그 구조상 회전중에 아무래도 불꽃이 발생하므로 주변에 주는 영향이 크다. 특히 인화성이 있는 
가스내에서는 방폭 대책이 큰 문제로 대두된다.
상기한 이유로 DC모터를 브러시리스화한다는 것은 아주 큰 의미가 있는 셈이다. 그래서 작금의 경향은 DC모터의 브러시리스화가 예의 연구, 검토되고 있는 것이다. 또한 보수 쿨필요의 장수명 모터를 만들 수 있다는 것을 의미한다.
정리해 보면 

        기계적인 브러시, 정류자가 없다.(마모, 먼지의 발생이 없다.)

• 장수명이다.
• 센서를 이용한 전자 정류장치를 사용한다.
• 로터의 자극 센서에 홀 소자가 많이 사용되고 있다.
• 기계적인 노이즈가 발생하지 않는다. 베어링 부위는 제외
• 브러시부에 카본, 오일미스트 등의 오탁이 발생하지 않는다.
• 전기적인 노이즈가 발생하지 않는다.(전파장애가 발생하지 않는다.)
• 불꽃의 발생이 없다.
• 플래시오버가 없다.
• 고속 회전형의 모터를 만들기 쉽다.
• 다극형 모터를 만들기 쉽다.(단상, 2상, 3상,...)
• 정, 역전에 강하다.
• 모터의 제 특성은 종래의 DC모터와 동등하다. 다만 로터부의 관성이 크고 출력 효율도 저하한다.
• 브러시가 없어 설계에 있어 자유롭다.
• 구동회로가 필요하여 종래의 DC모터보다 가격이 비싸다.
• 회로 기술에 이하여 브러시리스모터의 특성을 개선할 수 있다.

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2.브러시리스 모터의 종류

• 모터 구조에 의한 분류
  브러시리스 모터를 로터구조에 의하여 분류하면 아우터 로터형, 이너 로터형, 디스크 로터형으로 나눌 수 있다.
  아우터 로터형은 스테이터부가 내측에 있고 이것을 둘러싸는 것처럼 마그넷로터가 그 외측에 배치되어 있다.
  즉 구조상, 그 외측에 로터가 있으므로 이너셔가 상당히 커진다. 따라서 급격한 동작을 빈번히 반복하는 용도에는 
  부적합하다. 용도 예로서는 레코드 플레이어의 터 테이블 구동, VTR의 실린더 모터, 헤이저 프린터의 스케너 모터 
  등이 있다. 이들은 무두 정속제어에 속한다.
  
• 이너 로터형
  이너 로터형은 원주형 마그넷에 회전축을 장착하고 이것을 구동 코일내에서 회전하는 구조로 되어 있다.
  이 모터의 특징은 그 구조상이너셔가 낮아 제어성에 뛰어나므로 위치결정 장치에 많이 사용된다.
  즉 정 역전을 빈번히 반복하는 용도에 적합하다.
  
• 외관 형상에 의한 분류
  외부 형상에 따라 플랫형, 원통형, 리니어형, 빌트인형, 시스템형 등으로 나눌 수 있다.
  플랫형은 모터의 축 방향에 대하여 외경 치수가 훨씬 큰 것을 말하고 그 내부 구조는 디스크형 로터가 일반적이다.
  또한 플랫형 모터를 편평형 모터라고도 한다.
  
• 위치센서에 의한 분류
  브러시리스화하는 방법에는 광 센서를 사용하는 방법과 자기 센서를 사용하는 방법이 있다.
  광 센서를 사용하는 방법에는 발광 다이오드와 포토트랜지스터에 의한 이른 바 포토인터럽터 방식이 있다.
  또 자기식에는 홀 소자, 홀 IC,MR소자, 기타의 자기 포화 소자에 의한 방법이 있다.
  그런데 브러시리스 모터는 로터가 영구자석으로 구성되어 있어서, 홀 소자를 자극의 검출에 사용할 경우, 
  그대로 신호를 보낼 수 있다. 즉 홀 소자를 자극의 센서로 사용하변 다른 보조 부재를 필요로 하지 않는 것이다.
  이에 대하여 다르 방법으로는 모두 마그넷 로터의 자극 검출을 위하여 보조 재료를 사용할 필요가 있다.
  
  

 

인덕션 모터(유도 전동기)

인덕션 모터는 ac모터의 일종으로서 회전 자계형에 속한다. 그 구동 원리는 스테이터부에 발생하는 
회전 자계와 로터부에 생기는 유도자계와의 상호 작용으로 회전력을 얻는다. 
단상 뿐만 아니라 3상 유도 전도기, 3상 권선형 듀도 전동기 등이 있다.
인덕션 모터는 ac모터 중에서도 가장 사용하기 쉬운 모터의 하나로서 일반 가정의 전기 제품에 많이 사용되고 있다.
인덕션 모터는 부하에 대응하는 회전수로 회전하나 여기에는 어느정도의 정속성이 있다. 따라서 별로 정속성을
요구하지 않는 동력용 모터로서도 많이 사용된다. 인덕션 모터에도 여러가지 종류가 있으나 소형 중에서는 
단상형의 콘덴서 모터가 가장 많이 보급되고 있다. 
인덕션 모터의 특징

• ac 전원의 동력용 모터에 적합하다
• 구조가 심플하고 튼튼하다.
• 어느 정도의 정속성이 있다.
• 수하 특성을 갖게 할 수 있다.(로터의 도체 저항을 올려 주면 된다.)
• 장수명이다.
• 가격이 싸다.
• 경부하에서의 효율은 일반적으로 낮다.

리버서블 모터

         리버서블 모터는 앞서의 인덕션 모터와 본직적으로 같으나 특히 정, 역회전 전용으로

         만들어  진 모터를 가리킨다.
         따라서, 빈번한 정 역 회전 기능과 큰 기둥 토크를 가지고 있는 점이 특징이다. 주요

         용도는 세탁기의 펄세이터용, 사무기, 자동기 등의 구동원이다.

         리버서블 모터의 특징
    

       빈번한 정 역전에 적합

       브레이크 특성이 좋다.(전자식)

       단시간 정격으로 고출력을 얻을 수 있다.

       기동 특성이 뛰어나다.

[출처] Motor의 종류와 특징 |작성자 북청물짱