브러시 모터와 브러시리스 모터의 차이점은 무엇입니까

브러시 모터와 브러시리스 모터의 차이점은 무엇입니까

그림 1: 브러시 모터와 브러시리스 모터의 차이점

브러시 모터와 브러시리스 모터, 차이점은 무엇입니까?

브러시형 DC 모터와 브러시리스 DC 모터는 서로 다른 두 가지 유형의 전기 모터입니다. 간단히 말해서, 브러시 모터에는 전기 접촉 브러시가 있어 모터가 회전한다는 차이점이 있습니다. 반면, 브러시리스 모터는 브러시가 아닌 전자 장치를 사용하여 모터를 회전시킵니다. 이를 설명하는 또 다른 방법은 브러시리스 모터는 중앙에 회전하는 자석이 있고 브러시 모터는 외부에 고정 자석이 있다는 것입니다.

그림 1은 둘 사이의 시각적 차이를 보여 주지만 각각의 작동도 완전히 다릅니다. 이들 간의 주요 차이점은 사용하는 정류 유형입니다.

1. 정류방식:
   • 브러시 모터는 기계식 브러시와 정류자를 사용하여 권선의 전류 방향을 전환합니다. 그러면 자기장이 생성되어 토크가 발생하고 모터가 회전합니다.
   • 반면, 브러시리스 모터는 전자 제어 및 자기 센서(예: 홀 효과 센서)를 활용하여 기계적 접촉 없이 권선의 전류 방향을 전환합니다. 이러한 전자 제어는 외부 드라이버나 통합 전자 속도 컨트롤러(ESC) 형태인 경우가 많습니다.
2. 능률:
   • 브러시리스 모터는 브러시 및 정류자와 관련된 마찰 및 에너지 손실이 없기 때문에 일반적으로 브러시 모터보다 더 효율적입니다. 이는 더 나은 성능, 더 긴 작동 시간 및 에너지 소비 감소로 이어집니다.
3. 유지보수 및 수명:
   • 브러시 모터는 브러시와 정류자의 마모로 인해 더 많은 유지 관리가 필요하며, 이는 결국 성능 저하와 모터 고장으로 이어질 수 있습니다. 최적의 성능을 유지하려면 정기적으로 브러시를 교체해야 합니다.
   • 브러시리스 모터에는 움직이는 부품이 적고 기계적 접촉이 없으므로 수명이 길어지고 유지 관리 요구 사항이 줄어듭니다.
4. 소음과 진동:
   • 브러시리스 모터는 일반적으로 브러시 모터에 비해 소음과 진동이 적습니다. 기계적 소음을 유발할 수 있는 브러시나 정류자가 없기 때문입니다.
5. 비용과 복잡성:
   • 브러시리스 모터는 정류를 위한 전자 제어 시스템의 요구 사항으로 인해 일반적으로 더 비싸고 복잡합니다. 그러나 효율성, 수명, 유지 관리 측면에서 장점이 초기 비용 차이보다 더 큰 경우가 많습니다.

브러시리스 모터 다이어그램

브러시리스 모터의 회전자에는 영구 자석이 있고 고정자는 권선을 수용합니다. 이 배열은 브러시 DC 모터의 고정자 및 회전자 위치와 반대입니다. 브러시형 DC 모터는 정류자와 브러시를 통해 권선에 전류가 공급될 때 회전을 시작합니다. 모터가 회전하면 후속 정류자와 브러시 쌍에 전원이 공급되어 전류 흐름을 다른 권선으로 유도하고 회전을 유지합니다. 브러시리스 모터는 브러시나 정류자에 의존하지 않고 정류를 달성합니다. 대신 자극 센서(예: 홀 요소 또는 홀 효과 IC)를 활용하여 영구 자석의 자극 위치를 식별합니다. 또한 드라이버는 감지된 자극 위치에 따라 권선을 통해 전류 흐름을 안내해야 합니다.

브러시리스 모터 원리

브러시리스 모터의 회전 원리를 설명하기 위해 그림 2에 설명된 단순화된 2극, 3상 모델을 고려해 보겠습니다.

회전자 자석은 N극과 S극으로 구성되며 각각의 자극 각도는 180°입니다. 자극 센서 Ha, Hb, Hc는 120° 간격으로 배치되어 회전자 자석의 N극을 감지하여 신호를 생성합니다.

고정자에 대해서도 U상 코일, V상 코일, W상 코일이 120° 간격으로 배치되어 있으며 자극 센서와 60° 오프셋되어 있습니다.

고정자의 각 상 권선에 대해 구동 회로에서 모터로 전류가 흐르면 고정자의 내경 측에 S극이 생성됩니다. 반대로 전류가 반대 방향으로 흐르면 고정자의 내경측에 N극이 생성됩니다. 그림 3은 전류가 U상에서 V상으로 흐를 때의 상태를 보여줍니다.

 그림 3: 단순화된 브러시리스 모터 원리

Brushless 모터의 제어방법

브러시리스 모터는 모터에 공급되는 전력을 조절하는 전자 컨트롤러에 의해 제어됩니다. 다음은 브러시리스 DC 모터를 제어하는 ​​기본 단계입니다.

1. 홀 효과 센서: 브러시리스 모터는 홀 효과 센서를 사용하여 로터의 위치를 ​​결정하고 컨트롤러에 피드백을 제공합니다.
2. 전자 정류: 전자 컨트롤러는 홀 효과 센서의 정보를 사용하여 고정자 권선에 공급할 적절한 전류 순서를 결정합니다.
3. 전력 MOSFET 또는 IGBT: 컨트롤러는 전력 MOSFET 또는 IGBT를 사용하여 고정자 권선에 공급되는 전류를 전환합니다.
4. PWM 신호: 컨트롤러는 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 사용하여 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하여 모터의 속도와 토크를 조절합니다.
5. 입력 신호: 컨트롤러는 마이크로컨트롤러와 같은 제어 소스로부터 입력 신호를 수신하여 원하는 모터 속도와 방향을 설정합니다.

브러시리스 모터를 제어하는 ​​정확한 방법은 사용되는 특정 모터 및 컨트롤러에 따라 다르지만 다음 단계에서는 프로세스에 대한 일반적인 개요를 제공합니다.

A의 속도를 제어하는 ​​방법 브러시리스 모터

브러시리스 DC 모터의 속도는 모터에 공급되는 전력의 주파수를 조정하여 제어됩니다. 다음은 브러시리스 모터의 속도를 제어하는 ​​기본 단계입니다.

1. 전자 컨트롤러: 전자 컨트롤러는 모터에 공급되는 전력을 조절하는 데 사용됩니다.
2. PWM 신호: 컨트롤러는 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 사용하여 모터에 공급되는 전원의 주파수를 조정합니다. PWM 신호의 듀티 사이클을 변경하면 모터에 적용되는 평균 전압이 달라질 수 있으며 이는 결과적으로 속도에 영향을 줍니다.
3. 입력 신호: 컨트롤러는 마이크로컨트롤러와 같은 제어 소스로부터 입력 신호를 수신하여 원하는 모터 속도를 설정합니다.
4. 모터 피드백: 경우에 따라 타코미터나 인코더와 같은 피드백 메커니즘을 사용하여 모터 속도를 모니터링하고 컨트롤러에 피드백을 제공할 수 있습니다. 그런 다음 컨트롤러는 PWM 신호를 조정하여 일정한 속도를 유지할 수 있습니다.

브러시리스 DC 모터의 속도를 제어하려면 PWM 신호와 전자 제어를 사용하여 모터에 공급되는 전력의 주파수를 조정해야 합니다.

브러시리스 모터에는 어떤 유형의 컨트롤러가 필요합니까?

브러시리스 DC 모터에는 모터에 공급되는 전력을 조절하기 위해 전자 속도 컨트롤러(ESC)라고도 하는 전자 컨트롤러가 필요합니다. ESC는 다음 작업을 담당합니다.

1. 로터 위치 모니터링: 브러시리스 모터는 홀 효과 센서를 사용하여 로터 위치를 결정하고 컨트롤러에 피드백을 제공합니다.
2. 정류: 컨트롤러는 홀 효과 센서의 정보를 사용하여 고정자 권선에 공급할 적절한 전류 순서를 결정합니다.
3. 전력 스위칭: 컨트롤러는 전력 MOSFET 또는 IGBT를 사용하여 고정자 권선에 공급되는 전류를 전환합니다.
4. 속도 제어: 컨트롤러는 PWM(펄스 폭 변조) 신호를 사용하여 PWM 신호의 듀티 사이클을 조정하여 모터의 속도와 토크를 조절합니다.
5. 입력 신호: 컨트롤러는 마이크로컨트롤러와 같은 제어 소스로부터 입력 신호를 수신하여 원하는 모터 속도와 방향을 설정합니다.

브러시 모터 다이어그램

그림 6: 브러시 모터 구조

브러시 모터는 전기 에너지를 기계 에너지로 변환하기 위해 함께 작동하는 여러 주요 구성 요소로 구성된 일종의 DC 전기 모터입니다. 브러시 모터의 주요 구성 요소는 그림 6에 표시된 회전자, 고정자, 정류자 및 브러시입니다. 다음은 각 구성 요소에 대한 설명과 모터 구조에 기여하는 방식입니다.

1. 로터(전기자): 전기자라고도 알려진 로터는 브러시 모터의 회전 부분입니다. 철심 주위에 감긴 와이어 코일로 구성되어 전류가 통과할 때 전자석을 생성합니다. 로터의 자기장은 고정자의 자기장과 상호 작용하여 토크를 생성하고 로터를 회전시켜 모터 샤프트를 구동합니다.
2. 고정자: 고정자는 브러시 모터의 고정 부분입니다. 일반적으로 내부 표면에 장착되어 고정된 자기장을 제공하는 영구 자석이 내장되어 있습니다. 고정자의 자기장은 회전자의 자기장과 상호 작용하여 회전에 필요한 토크를 생성합니다.
3. 정류자: 정류자는 회전자 권선의 전류 방향을 전환하는 브러시 모터의 중요한 구성 요소입니다. 이는 로터에 부착된 분할된 금속 실린더로, 각 세그먼트는 로터 권선의 한쪽 끝에 연결됩니다. 로터가 회전하면 정류자가 함께 회전하여 브러시와 접촉합니다.
4. 브러시: 브러시는 회전하는 정류자와 전기적 접촉을 유지하는 고정된 전도성 구성 요소입니다. 일반적으로 탄소나 흑연으로 만들어져 마찰과 마모가 적습니다. 브러시는 정류자를 통해 전원과 회전자 권선 사이의 전기적 연결을 제공합니다. 정류자가 회전하면 브러시가 표면 위로 미끄러지면서 다양한 회전자 권선에 연속적으로 전원을 공급하고, 이로 인해 회전자의 자기장이 전환되어 회전을 유지하게 됩니다.

브러시 모터는 권선 코일이 있는 회전자, 영구 자석이 있는 고정자, 정류자 및 브러시로 구성됩니다. 회전자와 고정자 자기장 사이의 상호 작용은 토크를 생성하는 반면, 정류자와 브러시는 함께 작동하여 회전자 권선의 전류를 전환하여 지속적인 회전을 보장합니다.

브러시 모터의 원리

DC 모터는 코일형 와이어 권선을 사용하여 자기장을 생성합니다. 브러시 모터에서는 이러한 권선이 회전자에 부착되어 자유롭게 회전하고 샤프트를 구동합니다. 종종 코일은 철심 주위에 감겨져 있지만 일부 브러시 모터는 "코어리스"고정자"로 알려진 모터의 고정 부분은 영구 자석을 사용하여 고정 자기장을 형성합니다. 이러한 자석은 일반적으로 회전자를 둘러싸는 고정자의 내부 표면에 위치합니다. 그림 7은 더 자세히.

토크를 생성하고 회전자가 회전하게 하려면 회전자의 자기장이 인력과 척력을 통해 고정자의 고정 자기장과 상호 작용하면서 지속적으로 회전해야 합니다. 슬라이딩 전기 스위치는 이러한 회전 필드를 촉진합니다. 이 스위치는 다음으로 구성됩니다. 정류기, 일반적으로 회전자에 장착된 분할 접점과 고정자에 장착된 고정 브러시입니다.

그림 7:브러시 모터의 원리

A의 속도를 제어하는 ​​방법 닦은 모터

브러시 DC 모터의 속도는 단자에 적용되는 전압을 조정하여 제어할 수 있습니다. 다음은 브러시 DC 모터의 속도를 제어하는 ​​기본 단계입니다.

1. 전원 공급 장치: DC 전원 공급 장치는 모터 회전에 필요한 전력을 제공하기 위해 모터 단자에 연결됩니다.
2. 속도 제어: 모터의 속도를 제어하려면 그림 8에 표시된 저항이나 펄스 폭 변조(PWM) 신호를 사용하여 모터에 적용되는 전압을 조정할 수 있습니다. 모터에 적용되는 전압이 낮을수록 모터 회전 속도가 느려집니다. 우리는 에 대해 별도의 기사를 작성했습니다. 여기에 속도 컨트롤러
3. 입력 신호: 모터에 적용되는 전압은 마이크로 컨트롤러와 같은 제어 소스의 입력 신호로 제어되어 원하는 속도를 설정할 수 있습니다.
4. 피드백 제어: 경우에 따라 타코미터나 인코더와 같은 피드백 메커니즘을 사용하여 모터 속도를 모니터링하고 컨트롤러에 피드백을 제공할 수 있습니다. 그런 다음 컨트롤러는 전압을 조정하여 일정한 속도를 유지할 수 있습니다.

브러시의 속도 제어 DC 모터 직접적으로 또는 피드백 메커니즘을 사용하여 속도를 조절함으로써 단자에 적용되는 전압을 조정하는 작업이 포함됩니다.

그림 8: 브러시 모터의 속도 제어

요약하자면, 브러시리스 DC 모터에는 모터에 공급되는 전력을 조절하고 속도와 토크를 제어하기 위해 전자 속도 컨트롤러(ESC)가 필요합니다.

브러시리스 모터를 스위치에 어떻게 연결합니까?

브러시 모터를 제어하는 ​​일반적인 방법은 로커 스위치를 사용하는 것입니다.스위치 하단에는 아래와 같이 위의 DPDT 스위치 회로도와 일치하는 6개의 커넥터가 있습니다.스위치를 앞쪽 위치로 누르면 상단과 중간 커넥터가 스위치 내부에 연결됩니다. 스위치를 뒤쪽 위치로 누르면 하단 및 중간 커넥터가 연결됩니다. 스위치가 중간 위치에 있으면 스위치가 열려 있습니다.

 아래는 스위치에 연결된 2개의 브러시 모터를 보여주는 배선도입니다.

로커 스위치 뒷면의 배선도는 다음과 같습니다.

브러시 모터와 브러시리스 모터 중 어느 것이 더 비쌉니까?

일반적으로 브러시리스 DC 모터는 브러시 DC 모터보다 가격이 더 비쌉니다. 비용 차이는 전자 컨트롤러(ESC) 및 홀 효과 센서와 같은 추가 구성 요소가 필요한 브러시리스 모터 시스템의 복잡성으로 인해 발생할 수 있습니다. ESC와 센서는 브러시리스 모터에 필요한 보다 정교한 제조 공정과 마찬가지로 시스템 비용을 추가합니다.

그러나 초기 비용이 높음에도 불구하고 브러시리스 모터는 특히 고속 및 높은 토크 응용 분야에서 더 높은 효율성, 더 긴 수명, 더 나은 성능을 포함하여 브러시 모터에 비해 여러 가지 이점을 제공합니다. 결과적으로 브러시리스 모터의 높은 비용은 낮은 운영 비용과 향상된 신뢰성으로 상쇄될 수 있습니다.

결론적으로, 브러시형 모터와 브러시리스 모터의 비용은 특정 응용 분야 및 요구 사항에 따라 다릅니다. 브러시리스 모터는 일반적으로 초기 비용이 훨씬 더 비싸지만 수명이 더 길고 효율성도 더 뛰어납니다. 브러시 모터는 대부분의 일상적인 응용 분야와 전기 경험이 거의 또는 전혀 없는 사람들에게 이상적입니다. 매우 긴 수명(수십 년)이 요구되는 전기 자동차 및 기타 시스템에 사용되는 브러시리스 모터를 찾을 수 있지만, 이 외에도 브러시 모터가 모터 시장의 95%를 차지한다는 것을 알 수 있습니다.

여기에서 선형 액추에이터를 확인하세요.