BLDC 모터는 도대체 무슨 원리일까? 그리고 왜이렇게 가격이 비싼 것일까?
BLDC 모터
브러시리스 모터(Brushless Direct Current motor, BLDC motor)는 직류전동기와 비슷한 출력 특성을 가진 동기전동기의 일종이다.
dc모터는 도선이 자기장 안에 있을 때 받는 힘인 전자기력에 의해 토크를 얻게 되는데, 브러시(brush)라는 부분이 도선과 닿는 부분이 수시로 바뀌며 돌기 때문에 회전방향이 유지되며 빠른 속도로 돌아갈 수 있다.
이때 가만히 있는 부분을 고정자 (stator), 돌고 있는 부분을 회전자(rotor)라고 부른다. 그러나 이러한 브러시는 맞닿은 채로 돌아가기 때문에 마모되기 쉽고, 어떨 때는 스파크의 원인이 되기도 한다.
또한 모터의 종류에 따라 하드웨어적 성능이 다르기 때문에 정밀하게 속도를 제어하기 매우 어렵다.
이러한 문제점을 해결하기 위해 도선이 맞닿아있지 않아도 토크를 만들어내고, 더욱 쉽고 편하게 소프트웨어적인 제어가 가능한 BLDC 모터를 만들어냈다.
원리
브러시리스 모터는 영구 자석으로 된 회전자와 권선으로 되어 있는 스테이터 폴들로 이루어져있다.
영구자석 회전자와 전류가 인가된 권선으로부터 생성되는 자기장 사이의 관계에 의해 전기 에너지는 회전자를 회전시킴으로써 기계적인 에너지로 변환된다. 그림 왼쪽에는 간단한 형태의 브러시리스 모터의 내부를 나타내고 있으며, 오른쪽은 고정자의 전기적인 구성을 나타내고 있다.
이 때 매우 중요한 점이, 권선에 흐르는 전류는 정밀하게 측정된 회전자의 위치에 맞추어 드라이버에서 변조된 전류가 흐르게 되는 점이다.
일반적인 AC 동기전동기는 외부 자계의 위상속도가 일정하게 그냥 돌아가지만, BLDC 의 경우 모터드라이버에서 정확하게 계산된 us 단위로 PWM 되어 들어가는 정밀한 파형이 인가된다. 이를 통해 높은 가속성능, 강력하며 일정한 토크 응답성, 정밀한 위치제어가 가능해진다.
BLDC는 왜 비싼가?
브러시리스 모터는 브러시드 모터에서 회전자가 브러시와 접촉하면서 자동으로 발생하는 극성 전환 과정이 없기 때문에 직류전원을 넣는 것만으로는 회전하지 않는다(교류로는 가능).
결국 직류전원을 사용해서 회전을 시키려면 내장이든 외장이든 컨트롤러가 필요하다. 즉, 브러시드는 컨트롤러로 커버하지 못하는 영역이 있어 살아남은 것이다.
컨트롤러가 없는 브러시드 모터는 작정하고 싸게 만들려면 싸게 만들 수 있는 것이 최대 강점으로, 컨트롤러 값이 생산비용에 포함될 수 밖에 없는 브러시리스 모터는 이 점에서 한계가 생길 수 밖에 없다.
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