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모터라고 해서 다 같은 모터가 아니다

AC모터와 DC모터, 서브모터에 스테핑모터, 그리고 BLDC모터까지. 일상 곳곳에 스며든 다양한 종류의 모터가 지구를 돌리고 있다. 제조 현장 역시 예외는 아니다. 하지만 모터 간 차이점을 묻는 질문에는 꿀 먹은 벙어리가 되는 것이 현실. 이번 기사에서는 많은 이들이 궁금해 하는 DC모터와 BLDC모터 간 차이점을 알아볼 예정이지만, 그 전에 잠시 모터의 구동 원리와 분류에 대해 짚고 넘어가자.

소싯적 미니카 좀 굴려 봤다면 조그만 크기의 DC모터가 제법 낯익을것이다. 모터는 고정자와 회전자로 이뤄지는데, DC모터의 경우 영구자석의 N극과 S극이 고정되어 있고 코일이 그 사이에 놓인다. 전류를 흘리면 플레밍 왼손 법칙으로 인해 코일이 회전하면서 모터가 돌아간다.

이때 DC모터의 경우 브러시(brush)라는 것이 있어 직류를 교류로 바꿔준다. 이 과정을 ‘정류’라고 한다. 교류 전원을 그대로 사용하는 모터가 AC모터다. 이처럼 모터는 사용하는 전원의 종류에 따라 AC모터와 DC모터로 나눌 수 있으며, 기어의 유무에 따라 기어드모터, 스테핑모터, 서보모터로 나눌 수도 있다.

DC모터와 BLDC모터, 가장 큰 차이는 ‘정류’ 방식

그렇다면 DC모터와 BLDC모터는 어떻게 다를까. EC모터라고도 불리는 BLDC모터는 ‘브러시리스(brushless) DC모터’를 줄인 말이다. 즉 두 모터 간 가장 큰 차이점은 ‘브러시의 유무’인 셈이다. 그렇다고 해서 BLDC모터가 AC모터처럼 교류 전원을 사용하는 건 아니다.

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두 모터는 정류 방식에서 차이를 보인다. DC모터는 브러시를 통해 기계식으로, BLDC모터는 홀 센서를 이용해 전자적으로 정류한다. BLDC모터에는 세 개의 홀 센서가 120° 간격으로 내장되어 있는데, 홀 센서를 통해 회전자의 현재 위치를 검출할 수 있으며 최대 토크 지점에서 정류가 이뤄지기도 한다. 이외에도 유도 전압을 활용하거나 엔코더를 결합할 수 있다.

DC모터는 모터 내 브러시가 정류하므로 ‘DC모터-파워 서플라이’ 구조만으로도 구동이 가능하다. BLDC모터는 정류를 위한 소자가 필요하므로 드라이브 또는 컨트롤러가 추가로 붙는다. ‘BLDC모터-컨트롤러-파워 서플라이’가 기본적인 구조를 이룬다. 두 모터 모두 기본 구조 외에도 기어 박스나 브레이크, 엔코더 등을 추가로 연결할 수 있다.

내게 꼭 맞는 모터는 무엇일까?

그렇다면 지금 내게 필요한 것은 DC모터와 BLDC모터 중 무엇일까? 각 모터의 특징을 통해 알아보자. 우선 DC모터는 브러시를 통한 기계적 정류가 이뤄지므로 BLDC모터에 비해 마찰력이 높고 회전 속도가 최대 10,000rpm으로 낮은 편이다. 또 브러시가 마모될 경우 모터를 교체해야 하므로 수명 역시 BLDC모터에 비해 짧다. 하지만 전류, 전압에 따른 토크, 속도 변화량이 선형적이므로 정밀제어가 용이해 항공우주, 의료기기 분야 등에 적합하다.

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BLDC모터는 DC모터의 특징을 뒤집어서 생각하면 된다. 브러시가 없어 마찰력이 낮고 최대 회전 속도가 40,000rpm에 이른다. 빠른 회전 속도로 인해 BLDC모터에는 기존 볼 베어링에 예압 처리를 한 번 더 가한 프릴로디드 볼 베어링을 사용하는데, BLDC모터의 수명은 곧 베어링의 수명과 같다고 보면 된다. 빠른 속도로 인해 의료기기 분야에서 주로 쓰인다.

맥슨모터의 '코어리스 와인딩'
맥슨모터의 ‘코어리스 와인딩’

그렇다면 이 중 회전이 부드럽고 정밀한 제어가 가능한 모터는 무엇일까? 사실 부드러운 회전과 제어 정밀도에 영향을 미치는 요소는 ‘코어’다. 일반적으로는 철로 된 코어에 코일을 감은 것을 회전자로 활용한다. 그러나 맥슨모터의 ‘코어리스 와인딩’은 코어 없이 코일을 감아 일반 모터에 비해 무게가 가볍고 전류에 따른 토크나 회전 속도의 상승비가 일정하며, 코깅(cogging) 현상이 나타나지 않는다.

맥슨모터의 독자적인 기술인 ‘코어리스 와인딩’이 적용된 모터에 대해 더 자세히 알아보고 싶다면? 여기로 접속해보자.

[내게 꼭 맞는 모터, 어떻게 고를 수 있을까?] 연재 기사
① 모터라고 해서 다 같은 모터가 아니다
② 잠깐! 모터 구매하시려고요?
③실제 사례로 알아보는 모터 선정

About 송해영 기자

제조업이 꼭 어려울 필요 있나요? 쉽지만 깊은 기사를 쓰기 위해 노력하고 있습니다:)