모터의 종류

모터는 수 많은 종류가 있다. 그 중에서 많이 사용되는 모터 종류는 다음과 같다. 아래의 모터들은 특히 자동화 분야에서 많이 사용되는 것이다.

 

1. 스텝 모터 (Stepper Motor)

흔히 스텝 모터 또는 스테퍼 모터 또는 스텝핑 모터라고 불리는 Stepper Motor는 전원을 펄스로 넣어주면 그 펄스만큼 돌아가는 모터이다.

 

펄스에 따라 돌아가기 때문에 속도제어나 위치제어가 매우 쉽다. 속도나 위치 피드백 없이 간단하게 제어할 수 있는 장점이 있다. 하지만, 속도가 올라감에 따라 토크가 급속하게 낮아지는 문제가 있고 가격이 비싸다.

 

☞ 스텝모터

 

2. DC 모터 (DC Motor)

DC 모터는 DC 전류를 흘려주면 돌아가는 모터이고 전류방향을 바꿔주면 반대방향으로 돌아간다. DC 모터는 가장 기본이 되는 모터로 다른 모터들도 DC 모터 등가회로로 변환하여 해석한다.

 

DC 모터를 제어하기 위해서 간단한 제어기는 전압제어만을 하고 좀 더 정밀한 제어기는 전류/속도/위치 제어를 한다. DC 모터는 성능은 좋지만 브러시는 수명이 정해져 있고 일정주기마다 교환해 주어야 한다.

 

3. BLDC 모터 (BLDC Motor)

코일이 감겨있는 회전자와 영구자석이 있는 고정자로 구성된 DC 모터에서 이 2개의 위치를 바꾼 것이 BLDC 모터이다. 그렇게 되면 DC 모터에서 브러시로 코일을 바꾸는 장치가 없어지기 때문에 영구자석의 회전자 위치를 검출하는 센서회로를 추가해야 하는데 그것을 흔히 홀센서(Hall Sensor)라고 부른다.

 

BLDC 모터 제어를 위해서는 홀센서 입력을 처리해야 하고 그에 따라 모터에 입력되는 전원을 스위칭해져야 해서 조금 복잡한 제어기가 필요하다.

 

BLDC 모터 제어기도 DC 모터와 마찬가지로 전압제어만하는 것이 있고 정밀한 전류/속도/위치 제어를 하는 것이 있다. RC 자동차나 비행기에 사용되는 ESC는 Sensorless 전압제어만을 한다.

 

홀센서를 사용하여 제어하는 것을 Sensored Control이라고 하고 홀센서없이 Back EMF를 검출하여 영구자석 위치를 추정하여 제어하는 방식을 Sensorless Control이라고 한다. Sensorless Control은 Sensored Control에 비해 알고리즘이 좀 더 복잡하다. RC 비행기, RC 자동차, 드론에 사용되는 모터들은 Sensorless BLDC 모터를 많이 사용한다.

 

☞ BLDC 모터

 

4. PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor )

흔히 AC 모터라고 불리는 PMSM은 산업용 로봇과 같이 정밀한 제어를 할때 사용된다. 모터 중에서 가격도 가장 비싸고 가장 정밀한 모터이다. 보통 서보 드라이버는 PMSM 제어기이다.

 

PMSM 모터를 제어하기 위해 Vector 제어, Space Vector, Observer 등 많은 제어기법이 사용된다. 정밀하고 비싼 모터인 만큼 그 성능을 최대한 끌어내기 위해 제어기도 그에 맞게 사용된다.

 

5. 유도 모터 (IM, Induction Motor)

가장 흔하고 가장 싼 모터이다. 선풍기, 펌프 등 정밀한 제어가 필요없는 곳에서 많이 사용된다.

 

유도 모터를 제어하기 위한 제어기를 흔히 인버터(Inverter)라고 부른다. 인버터는 보통 위치제어는 하지 않고 속도제어만을 한다.

 

유도 모터가 가장 싸고 흔하지만  유도 모터를 제어하는 것은 다른 모터보다 훨씬 복잡하고 어렵다. 전력전자를 전공하는 대학원 랩에서 가장 많이 연구하는 것이 유도 모터를 제어하는 인버터이다.

 

 

 

위에서 소개한 1~5 순서대로 제어하기가 어렵다. 특히, BLDC, PMSM, IM은 꽤 많은 생각을 해야 한다.