마이크로 모터 제작에 앞서; 모터의 종류에 대한 설명
모터의 종류를 크게 두가지로 나누자면
1. 브러쉬드 모터
2. 브러쉬리스 모터
와 같은 2가지의 종류로 나눌 수 있다.
모든 모터들은 플레밍의 왼손 법칙 또는 자기장 유도로 움직이게 되므로
결국, 정류의 필요성이 있다.(+와 - 극을 바꾸어 줘야 한다는 말)
(http://en.wikipedia.org/wiki/DC_motor)
위 그림은 dc 브러시 모터의 경우인데, 순간적으로 초록색 화살표가 끊기는 것을 볼 수 있다.
이것은 정류자(브러시)가 전극을 바꾸기 전기가 통하지 않고 관성으로 움직이는 부분이다.
일반적인 저가의 모터들은 위와 같이 작동한다.
하지만, 브러쉬리스 모터(2번)의 경우는 그 전기적으로 쉬는 시간을 없게 만들수 있다.
1번과 2번의 가장 큰 차이는 '정류' 라는 것을 '기계'적으로 수행하느냐, '전자'적으로 수행하느냐의 차이일 뿐이다.
다시 목록으로 돌아가 좀더 자세히 위에 있던 목록을 나누어 보도록 하자.
1. 브러쉬드 모터
- DC 브러쉬 모터
- 코어리스 모터
2. 브러쉬리스 모터
- BLDC 모터 (인러너 / 아웃러너)
- PMSM 모터
이외에도 스테핑 모터, 초음파 모터 등이 있지만 이 포스트에서는 다루지 않기로 한다
1. 브러쉬드 모터
정류를 기계적으로 하는 모터들의 집합이다. 정류를 하기 위해 브러시가 존재하며, 이 때문에 기계적인 마찰이 생길 수 밖에 없어 상대적으로 수명이 짧으나, 그 구조적 단순함으로 인하여 가격이 싸다.
- DC 브러쉬 모터
지금까지 모터라는 것을 한번이라도 써본 적이 있는가? 그렇다면 아마 그중 하나는 필히 DC 브러쉬 모터일 것이다. 그만큼 DC 브러쉬 모터는 정말 흔하다. 미니카에 들어가는 모터는 거의 대부분 DC 브러쉬 모터이다. (비싼 스케일 rc카는 브러쉬리스 모터.. 비싸잖음)
DC 브러쉬 모터의 경우 하우징에 영구자석이 달려있고,
가운에 축을 중심으로 하여, 철심과 코일들이 감겨 있다.
- 코어리스 모터
코어리스 모터의 대표적인 사용처는 바로 '진동 모터'이다. 휴대폰에 들어가는 그 모터들 말이다. 브러시 모터에 있었던 철심을 없애 버리고,
축 가까이에 자석을 고정시켜놓고, 그 주위에 축과 연결되어 수지(예를 들어 플라스틱을 생각하면 쉽다)로 모양을 고정한 코일이 둘러싸고 있는 형태이다.
이러한 방법을 취한 이유는 모터의 속도를 빨리 바꾸기 위해서는 필연적으로 축관성이 적어야 하는데
(제자리에서 빙글빙글 돌때 팔을 모으면 더 빨리 도는 이유와 같다.)
브러쉬 모터에 있던 철심이 축관성을 높이는 역할을 하기 때문에 그 것을 제거하기 위한 방법으로 위와 같은 형태를 취하게 되었다.
때문에, 소형의 모델에서는 매우 괜찮은 성능을 내었지만, 기계 구조적인 한계점으로 인하여 대형화 할 수 없는 단점이 있다.
2. 브러쉬리스 모터
브러쉬 모터가 가지는 '기계'적인 마찰 때문에 발생하는 문제점 때문에 정류를 전기적으로 대체한 모터들이 나오게 되었다. 그것을 바로 브러쉬리스 모터라 한다.
브러쉬리스 모터들은 기계적인 구조들을 전자적으로 대체 한 만큼 제어 알고리즘이 모터의 성능에 영향을 미칠 수가 있다.
그리고, 마이크로 프로세서가 그 제어를 분담하는 만큼, 실시간성이 더욱 중요하게 되었다.
일단 BLDC와 PMSM모터의 차이는 현재의 모터 구분기준에 있어 그닥 뚜렷하지는 않다.
다른 사이트들의 설명을 빌리자면, BLDC모터의 권선(선을 감아놓은 형태)는 집중형이고 PMSM모터는 분산형이라고 한다. 하지만 일반인들에게는 그건 뭔 소린지도 모를 이야기이고,
( 전문가들을 위하면 인덕턴스와 저항을 가지는 모터이기 때문에 Back EMF가 선형인게 BLDC고 Sin형인게 PMSM이라고 한다.)
설명을 하자면, 기본적으로 BLDC모터는 직류 전압을 위해 만들어진 모터이고 PMSM모터는 교류전압을 위해 만들어진 모터이다.
사실 그렇다고는 해도, 같은 제어 알고리즘으로 구동은 가능 한 것이 사실이다.
*참고사항 : 브러시리스 모터는 UVW의 3개의 전극을 이용하여 전류제어를 한다.(3상의 경우)
제어 방법에는 Hall sensor, sinus,SVPWM이 있다.
hall sensor는 120도를 지날 때마다 센서로 검출하여 전류의 방향을 제어하는 것이다.
sinus는 우리가 아는 sin파형을 이용하여 각 전극에 90도의 위상차를 주어 제어하는 방식이다.
SVPWM은 sinus에서 가지는 단점을 보완하여 sin파형이 그리는 파형이 원이라면, SVPWM은 그것보다 더 큰 육각형을 그리면서 움직이게 되는 제어 알고리즘이다.
(정확히는 자속 좌표에서 변환한 것이다.)
물론 위에서부터 아래로 갈수록 같은 모터를 사용 할 지라도 효율적으로 제어 할 수 있지만, 그만큼 컴퓨팅 파워가 더 들게 된다.
일단 모터에 대한 설명은 이것으로 마치겠다.
그것보다 이 카테고리에서 다룰 내용은
A1442 Halll sensor를 이용한 초소형 2상 BLDC모터에 대하여 다룰 예정이다.
(만들고 싶은 초소형 2상 BLDC모터)
http://cafe.naver.com/dynamicrc/910
사진을 보라! 얼마나 그 크기가 경악 할 만 하게 작은지!
(sd카드 위에 조막만한 칩이 바로 A1442칩이다.)
생각해보면...
....??!! 뭔가 문맥이 맞질 않는다!!
하지만 어쩔수 없지.. 글쓰기 실력이 딸리는걸..
아래의 홈페이지에서 대략적인 애니메이션을 볼 수 있다.
(http://www.ece.umn.edu/users/riaz/animations/listanimations.html)