BLDC MOTOR(BrushLess DC Motor)는 말그대로 브러시리스 즉, 브러시가 없는 모터입니다. 이 글에서는 BLDC MOTOR의 간단한 소개와 작동 원리, 장점과 단점, 응용분야에 대해서 알아봅니다.
목차
1. BLDC MOTOR 간단 소개
BLDC MOTOR(BrushLess DC Motor): 브러시리스 모터는 DC전기를 쓰는 모터인데요, 브러시라는 부품이 없어서 마모가 적고 속도를 잘 조절할 수 있습니다. 브러시리스 모터는 코일과 자석으로 이루어져 있는데, 코일은 고정되어 있고 자석은 돌아가는 부분이에요. 코일에 전기가 들어오면 자석과 코일 사이에 자기력이 생기고, 그 자기력이 자석을 돌리게 합니다. 이렇게 전기 에너지가 기계적인 에너지로 바뀝니다.
아래 그림은 브러시가 있는 브러시드 모터입니다.
아래 사진은 브러시가 없는 브러시리스 모터입니다.
브러시리스 모터는 코일에 들어오는 전기를 제어해주는 부품인 ESC가 필요합니다. ESC는 코일에 들어오는 전기의 방향과 세기를 바꿔주면서 자석의 회전 방향과 속도를 조절해 줍니다. 브러시리스 모터는 브러시가 없어서 마찰이 적고 소음이 적으며, 정밀하게 속도를 제어할 수 있어요. 또한 영구자석을 사용하기 때문에 효율이 좋고 내구성이 강합니다. 브러시리스 모터는 비행기나 드론 같은 곳에 많이 쓰이는데, 왜냐하면 비행기나 드론은 가벼운 모터가 필요하고, 빠르게 움직여야 하기 때문이에요.
2. BLDC MOTOR 작동원리
BLDC 모터는 전자기 유도 원리를 기반으로 작동합니다. 이 모터는 자석이 붙어 있는 부분과 전선이 감겨 있는 부분으로 이루어져 있습니다. 자석이 붙어 있는 부분을 회전자라고 하고, 전선이 감겨 있는 부분을 고정자라고 합니다. 회전자는 돌아가고, 고정자는 가만히 있습니다. 전류가 고정자의 전선에 전기가 들어오면 전선 주변에 자기장이 생성됩니다. 이 자기장은 자석과 끌리거나 밀리는 힘을 가집니다. 이 힘을 전자기력이라고 합니다. 전자기력은 자석에 영향을 주어 회전자를 돌게 합니다. 전기를 바꿔주면서 자석의 돌아가는 속도와 방향을 바꿀 수 있습니다. 전기를 바꿔주는 것을 정류라고 합니다. 정류를 해주는 부품을 정류기라고 합니다. BLDC 모터에는 정류기가 들어있습니다. 정류기는 스로틀 컨트롤러에서 받은 신호에 따라 고정자의 전선에 들어가는 전기의 방향과 세기를 바꿔줍니다. 이렇게 정류기가 고정자의 자기장을 제어하면서 회전자의 속도와 방향을 제어합니다.
3. BLDC 모터의 장점
3.1. 높은 효율성
전기를 잘 쓰고 낭비가 적습니다. BLDC 모터는 전기를 기계 에너지로 바꾸는 효율성이 높습니다. 효율성이 높다는 것은 전기 에너지의 대부분을 움직이는 에너지로 바꾼다는 것입니다. 그래서 에너지 손실이 적고 운영 비용을 절감할 수 있습니다.
3.2. 긴 수명
마찰이 적어서 고장이 잘 나지 않고 오래 쓸 수 있습니다. BLDC 모터는 브러시와 정류자가 없기 때문에 기계적 마모가 적습니다. 기계적 마모가 적다는 것은 부품이 닳거나 고장나기 어렵다는 것입니다. 그래서 수명이 길고 유지보수 요구 사항이 줄어듭니다.
3.3. 컴팩트한 크기, 높은 전력 밀도
작고 가볍지만 강하게 돌아갑니다. BLDC 모터는 작고 가벼운 구조를 가집니다. 작고 가볍다는 것은 공간이 제한된 애플리케이션에 이상적이라는 것입니다. 작은 크기에도 불구하고 높은 출력을 제공합니다. 높은 출력이란 강하게 돌아가서 많은 일을 할 수 있다는 것입니다.
3.4. 부드럽고 정밀한 제어
속도와 힘을 잘 조절할 수 있습니다. BLDC 모터는 전자식 정류 시스템을 통해 모터의 속도, 토크, 방향을 부드럽고 정밀하게 제어할 수 있습니다. 부드럽고 정밀하게 제어한다는 것은 성능이 향상되고 생산성이 높아진다는 것입니다.
3.5. 낮은 소음과 진동
소리가 작고 떨리지 않습니다. BLDC 모터는 작동 중 소음과 진동이 최소화됩니다. 소음과 진동이 최소화된다는 것은 의료 장비, 전기 자동차 등 소음에 민감한 애플리케이션에 적합하다는 것입니다.
4. BLDC 모터의 응용 분야
BLDC 모터의 다목적성과 우수한 성능은 다양한 산업 분야에서 없어서는 안 될 필수 요소입니다. 다음은 몇 가지 주요 응용 분야입니다
- 자동차: BLDC 모터는 전기 자동차(EV)의 추진, 파워 스티어링, 제동 시스템, HVAC 시스템 등에 광범위하게 사용됩니다.
- 산업 자동화: BLDC 모터는 산업용 로봇, CNC 기계, 컨베이어 시스템, 펌프, 컴프레서 및 기타 자동화 장비에 적용됩니다.
- 항공우주: BLDC 모터는 항공기 액추에이터, 연료 펌프, 팬, 비행 제어 시스템 등 항공우주 분야에 사용됩니다.
- 가전제품: BLDC 모터는 세탁기, 냉장고, 에어컨, 진공청소기 등 다양한 가전제품에 동력을 공급하여 효율적이고 안정적인 작동을 제공합니다.
- 소비자 가전: BLDC 모터는 드론, 카메라, 컴퓨터 냉각 팬, 하드 디스크 드라이브와 같은 소비자 전자 기기에 활용되어 최적의 성능과 에너지 효율을 보장합니다.
- 의료 장비: BLDC 모터는 수술 도구, 주입 펌프, 인공호흡기, 보철 장치와 같은 의료 장비에서 중요한 역할을 수행하여 정밀하고 제어된 움직임을 전달합니다.
- 재생 에너지: BLDC 모터는 풍력 터빈 및 태양광 추적기와 같은 재생 에너지 시스템에 활용되어 효율적인 전력 생산 및 추적 메커니즘을 가능하게 합니다.
- HVAC 시스템: BLDC 모터는 난방, 환기, 공조 시스템에 사용되어 에너지 효율을 높이고 전반적인 시스템 성능을 개선합니다.
5. 비교: BLDC Motors vs. Brushed DC Motors
BLDC 모터와 브러시드 DC 모터는 일반적으로 사용되는 두 가지 유형의 전기 모터입니다. 둘 다 비슷한 용도로 사용되지만 뚜렷한 차이점이 있습니다. 다음은 BLDC 모터와 브러시드 DC 모터를 비교한 것입니다:
| BLDC Motors | Brushed DC Motors |
| 정밀한 제어를 위한 전자식 정류 활용 | 브러시와 정류자를 사용한 기계적 정류 사요 |
| 더 높은 효율과 더 나은 성늘 | 낮은 효율과 제한된 성능 기능 |
| 유지보수 요구 사항 감소로 수명 연장 | 브러시 마모로 인한 수명 단축 |
| 컴팩트한 크기와 높은 전력 밀도 | 더 부피가 크고 무거운 디자인 |
| 소음 및 진동 감소 | 더 많은 소음과 진동 발생 |
전반적으로 BLDC 모터는 효율성, 신뢰성, 수명 및 제어 측면에서 브러시 DC 모터를 능가하므로 많은 애플리케이션에서 선호되는 선택입니다.
6. BLDC MOTOR 의 단점
6.1. 높은 비용
돈이 많이 듭니다. BLDC 모터는 전기를 바꿔주는 부품과 자석이 비싸서 다른 모터보다 돈이 더 많이 들 수 있습니다.정류기와 영구 자석은 고급 기술과 재료로 만들어져서 비용이 높습니다.
6.2. 복잡한 제어 시스템
제어하기 어렵습니다. BLDC 모터를 제어하기 위해 복잡한 전자 부품과 컨트롤러가 필요하므로 시스템이 어렵고 비싸집니다. 전자 회로는 전기 신호를 만들고 바꾸고 보내는 역할을 하고, 모터 컨트롤러는 스로틀 컨트롤러에서 받은 신호에 따라 정류기에게 명령을 내리는 역할을 합니다. 전자 회로와 모터 컨트롤러는 정교하고 정확하게 작동해야 하므로 설계와 제작이 어렵고 비싸집니다.
6.3. 전자기 간섭
전자파가 생깁니다. BLDC 모터는 전기를 바꿔주는 과정에서 전자파를 만들 수 있습니다. 전자파는 다른 기기에 영향을 줄 수 있습니다. 전자파를 막기 위해 특별한 방법을 써야 합니다. 전자파는 전자파 간섭(EMI)이라고 하며, 라디오나 텔레비전 등의 통신 기기에 잡음이나 장애를 일으킬 수 있습니다. 전자파 간섭을 최소화하려면 적절한 차폐 및 필터링 기술을 구현해야 합니다. 차폐란 전자파가 통과하지 못하게 하는 재료나 구조를 말하고, 필터링이란 원하는 신호만 통과하게 하는 장치를 말합니다.
6.4. 센서 의존성
센서가 필요합니다. BLDC 모터는 자석이 어디에 있는지 알기 위해 센서가 필요합니다. 센서는 모터에 붙어 있는 부품입니다. 센서는 홀 효과 센서 또는 기타 위치 센서라고 합니다. 홀 효과 센서란 자석의 영향을 받아 전압이 바뀌는 센서입니다. 기타 위치 센서란 광학적인 방법이나 기계적인 방법으로 위치를 감지하는 센서입니다. 센서가 없으면 정류기가 언제 전기를 바꿔줘야 하는지 알 수 없습니다.
7. 결론적으로
BLDC MOTOR는 브러시가 없는 모터로, 브러시가 있는 모터보다 좋습니다. 브러시가 없으면 마찰이 적어서 고장이 잘 나지 않고 오래 쓸 수 있습니다. 하지만 BLDC MOTOR는 브러시가 있는 모터보다 구조가 복잡하고 제어 난이도가 높으며 가격이 비쌉니다.
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