BLDC 모터란?

BLDC 모터란?

Brush가 부착된 DC 모터에서는 정류자와 Brush의 접촉에 의해서 코일에 전류를 흐르게 함과 동시에 전류 시키는 기능을 하지만, rush가 마모되는 단점이 있다. 그러나 Brushless DC모터는 Brush를 사용하지 않고 비접촉의 위치 검출기와 반도체 소자로서 통전 및 전류시키는 기능을 바꾸어 놓은 모터이다. 따라서 Brushless DC 모터의 토크발생 원리는 DC모터의 경우와 같은 형태이다. DC모터와 비슷한 면이 있으나 구동방식 상 3상 유도 전동기의 특성과 유사하여 저속 고속에서 토크가 비교적 높고 고속회전도 가능하며 무접점의 반도체 소자로 코일의 전류를 드라이브 하는 관계로 그 수명이 매우 길고 소음과 전자적인 잡음을 거의 발생시키지 않으며, 모터 드라이브 회로 자체 에서 직접 속도조절을 할 수 있는 장점이 있다. 단점으로는 회전자에 영구자석을 사용하는 것으로서 영구자석의 한계로 대용량의 모터제작이 안되고 Brush형 모터에 비해서 가격이 비싸다.

(1) 구 조

Brushless DC 모터를 구조면에서 분류하면 권선으로의 통전은 Brush 등 접동 요소를 사용하지 않는 고정식으로 하기 때문에 자계를 만드는 마그네트 회전기를 어디에 배치하느냐에 따라서 자로의 구성방법, 권선의 배치방법이 변한다.

종류	구조	특징
Outer Rotor형 Brushless DC 모터	모터의 외주 측으로 회전자를 배치 모터의 내부 측면으로 회전자계를 만든다.	회전자의 관성모멘트가 크므로 정속도 주행에 유리하다.  Magnet를 비교적 크게 할 수 있으므로 고효율, 고토크(Torque)화하기 쉽다.  권선의 1코일 평균길이가 짧게 되어 손실 절감, 고효율화 하기 쉽다.  회전자 지지기구가 복잡하다.  밀폐구조로 하기 어렵다.
Inner Rotor형 Brushless DC 모터	모터의 내주 측으로 회전자를 배치모터의 외주 측으로 회전자계를 만든다.	회전자의 관성모멘트가 Outer motor에 비하여 작다.  모터구조를 비교적 간단하게 구성할 수 있다.
Axial Gap형 Brushless DC 모터	축방향의 두께를 비교적 얇게한 원판상의 모터 회전자의 전기자를 축방향으로 나열한 구조	축수간 간격이 짧기 때문에 공작의 정확을 요함, 축수구조도 복잡하다. 권선과 전기자를 분리 Slotless 구조로 한다. 회전율을 저감시킬 필요가 있는 곳에서 많이 사용되고 있지만, 권선의 배치정도와 권선형상의 밸런스를 작게 하여야 한다.

(2) BLDC 모터 작동원리

<BLDC 모터구조>

일반 DC 모터, Brushed 모터는 Stator가 영구자석이지만 BLDC 모터는 Stator가 전자석을 되어 있다. BLDC 모터의 로터의 Stator가 전자석이 되므로, 로터는 영구자석으로 되어 있는 것을 알 수 있다. 위의 그림을 보면 홀센서(Hall Sensors)라는 것이 있다.

홀센서는 Hall Effect를 이용하여 로터의 위치를 알 수 있다. BLDC모터에서는 전기각을 검출하기 위해서 홀센서를 가장 많이 사용한다.

홀센서에는 자속밀도에 비례하여 전압이 나오는 것과 위의 그림과 같이 자극이 바뀌는 곳에서 High와 Low로 바뀌는 Open Collector 출력타입이 있다. 그리고 홀센서의 배치에 따라 위의 그림과 같이 홀센서 신호가 120도의 위상차가 있는 것과 60도의 위상차가 있는 타입이 있으나 위에서 설명한 바와 같이 제어기에서 로직을 변환하여 역기전력을 기준으로 하면 동일한 구동방식을 취하게 된다.

위의 그림에서 홀센서 출력상태를 조합해 보면 전기각으로 60도의 간격으로 나눌 수 있고 각각의 상태에 따라 BLDC 모터의 U, V, W각상에 전압을 인가하면 BLDC모터가 회전하게 된다. 위의 그림과 같이 구동하는 방식을 Trapezoidal 구동방식, 6 Step 전파 구동방식이라 한다. 이러한 구동방식이 가장 널리 사용되고 있으며 상대적으로 저가로 구성 할 수 있다는 장점이 있다.

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