1. BRUSHLESS MOTOR
브러시리스 모터 (Brushless Motor)는 DC 모터에서 브러시와 정류자(Commutator)를 없애고 전자적인 정류 기구를 설치한
모터이다. 따라서 기계적인 노이즈뿐만 아니라 전기적인 노이즈도 발생되지 않는다. 브러시리스 모터의 장점은 원리적으로 노이즈가 발생하지 않는 것이다. 기타 초저속 또는 초고속, 다극(자석의 수가 많다.) 긴 수명의 모터가 간단히 만들어지는 점도
장점이라고 할 수 있다. 그런데 브러시리스 모터의 구조는 중심에 회전하는 마그넷이 있고 그 둘레에 구동 코일이 설치되어
있다. 브러시리스 모터의 작동원리는 DC 모터와 같이 플레밍의 왼손 법칙이며 코일 또는 영구자석의 어느 쪽이 회전해도
그 작동 원리는 같다. 단, 브러시리스 모터에는 정류자가 없기 때문에 이것에 대신하는 전자 정류 회로가 필요하게 된다.
이 회로는 홀 소자 등의 자극 센서를 사용하여 마그넷 로터가 어느 위치에 있는가를 감지하고, 이 신호를 기초로 전자 회로를
제어하여 회전 자기장을 발생시킨다. 이것이 브러시리스 모터의 구동회로인데 매우 회로 구성이 복잡하게 되어 있기 때문에 보통은 전용 IC가 사용되고 있다. 브러시리스 모터의 주요한 용도는 VTR의 실린더, 카세트 덱의 캡스턴, FDD, CD 플레이어 등이며 높은 회전 성능, 긴 수명이 요구되는 모터로 사용되고 있다. 본래부터 브러시나 정류자를 필요로 하지 않는 AC 모터는 브러시리스 모터로 분류되지 않는다.
2. INDUCTION MOTOR
인덕션 모터 (Induction Motor)는 AC 모터의 일종이며 회전 자계형으로 분류되어 있는 모터이다.
이 모터의 작동 원리는 고정자 권선에 흐르는 교번(교류)전류에 의해 발생하는 회전 자기장과 로터부에서 발생하는
유도 전류와의 상호작용에 의해 생기는 회전력이다. 이 때문에 인덕션 모터를 유도모터라고 부르는 경우도 있다.
그 내부 구조는 로터부(회전자)는 규소 강판을 적층한 것, 슬롯부는 구리나 알루미늄 등으로 농형으로 권선을 형성한 것이
사용되고 있다. 또 이 종류의 인덕션 모터의 토크 발생부는 로터나 스테이터(고정자)의 권선부가 아니고 그 대부분이
철심에 집중되어 있다. 그리고 인덕션 모터는 부하(토크)에 대응한 회전수로 회전하는데 이것에는 어느정도의 정속성이 있다.
따라서, 그다지 엄밀한 정속이 요구되지 않는 동력용 모터로서 널리 사용되고 있다. 인덕션 모터에도 여러가지 종류가 있으며
소형의 것으로는 단상 콘덴서 구오형이 가장 많이 보급되어있다. 특성적으로는 입력 전압이 AC 100V, 200V (50/60Hz),
출력 파워가 수 W 이상, 폴수(자극수)는 2극과 4극이 일반적이다. 또 그 회전수 N(RPM)은 다음 식으로 구할 수 있다.
식 중의 1은 전원 주파수, P는 폴수, S는 미끄럼을 나타낸다. (S는 동기 속도(전원 주파수에 의존한다.)와 회전 속도의 차를
나타내고 회전 속도는 동기 속도보다 조금 낮게 된다.)
N(RPM) = 120f( 1 - s ) / p
3. REVERSIBLE MOTOR
리버시블 모터 (Reversible Motor)는 인덱션 모터의 일종이며 우회전, 좌회전 어느 방향으로도 같은 특성이 없어지게 되어
있는 모터이다. 원리적으로 인덕션 모터와 같으나 빈번한 정역전에 견디고 큰 시동 토크를 얻기 위해 일반 인덕션 모터와
같이 주코일, 보조 코일의 관계는 없다. 주요한 용도는 세탁기의 소용돌이 발생용 모터, 가종 자동기기의 구동원등 이다.
리버시블(가역) 모터의 특징을 정리하면 다음과 같다.
① 빈번한 정역전에 적합하다.
② 시동 특성이 우수하다.
③ 단시간이면 크기에 비해 큰 출력이 얻어진다.
4. SHADED POLE MOTOR
셰이드형 모터 (Shaded Pole Motor)는 단상 교류 모터의 일종이며 1차 코일과는 별도로 1-2회전의 단락 코일 (셰이딩 코일)
을 감고 이것에 의해 회전 자기장을 발생시키는 모터이다. 일반적으로 AC 모터를 회전시키기 위해서는 2상 이상의 교류를
필요로 하는데 일반 가정용에는 단상 교류밖에 공급되지 않는다. 그 때문에 AC 모터를 움직이기 위해서는 어떤 대책이 필요
하게 된다. 예를 들면 콘덴서를 사용하여 위상이 다른 별도의 전원을 만드는 방법도 있다. 셰이드형 모터에서는 콘덴서 대신
에 몇 회전의 단락 코일을 감고 이것에 의해 파이(3.14)/2 이상 위상이 지연된 교류를 만들어 내고 있다. 즉, 보통 공급되고
있는 단상 교류와 셰이딩 코일에 의해 만들어 낸 단상 교류를 조합하여 간단한 2상 교류를 실현하고 있다. 셰이드형 모터의
특징은 구조가 간단하고 저가격이라는 점인데 수십 W가 한계이고 출력 효율이 낮다고 하는 결점도 있다. 주요한 용도는
소형의 선풍기나 엄밀한 회전특성 (회전변동, 토크변동)을 필요로 하지 않는 장치 등이다. 셰이딩 코일은 인덕션 모터나
싱크로너스 모터에도 사용할 수 있으며 현재는 수 W의 인덕션 모터에도 많이 사용되고 있다. 또 셰이드형 모터는 그 외관에
의해 스켈린턴 모터 (Skeletom Motor)라고도 불려지고 있다.
5. SYNCHRONOUS MOTOR
싱크로너스 모터 (Synchronous Motor)는 교류 모터의 일종이며 전원 주파수에 동기하여 회전하는 모터이다.
이 모터는 전원 주파수와 동기되었을 때 비로소 안정된 회전 특성이 얻어진다는 특징이 있다. 그 때문에 싱크로너스(동기)
모터라는 명칭으로 불려지고 있다. 이 모터는 로터가 동기 속도로 되지 않으면 토크의 발생 방향이 정해지지 않고 진동등을
수반하여 정지된다. 또 모터에 최대 토크 이상의 부하를 가하면 동기 속도를 유지할 수 없게 되어 로터가 정지된다.
일반적으로 이 현상을 동기이탈 또는 탈조라고 부르고 있다. 동기 이탈에 대하여는 스태핑 모터에도 같은 현상이 발생한다.
N(RPM) = 120f(Hz) / p
싱크로너스 모터의 회전수 N(RPM)은 위의 식으로 구할 수 있다. 여기서 f(Hz)는 전원 주파수, P는 폴수(자극수)이다.
예를 들면 2폴의 싱크로러스 모터를 50 Hz로 회전시키는 경우 그 회전수는 위의 계산식에 각각의 수치로 대입하면
120*50/2, 즉 3000 회전으로 회전하게 된다. 그리고 이것이 60 Hz 이면 120*60/2 이며 3600 회전이 된다. 이와 같이
전원 주파수를 안정시키면 모터의 회전수도 안정되기 때문에 시계나 타임 스위치 등에 많이 사용되고 있다.
또 싱크로너스 모터에는 영구 자석형, 히스테리시스형, 인덕터형 등이 있으며 용도에 따라 각각 적합한 것이 사용되고 있다.
6. LINEAR MOTOR
리니어 모터 (Linear Motor)라고 하면 자기 부상식 고속 열차를 연상할는지 모르나 본래 리니어 모터란 다이렉트로
직선 운동을 하는 모터의 총칭이다. 우리 주변에서 사용되고 있는 모터의 대부분은 회전식인데 각종의 가전제품이나
정보 기기에는 여러 곳에서 직선 운동형 모터가 사용되고 있다. 예를 들면 HDD, FDD의 헤드 이송 장치, 프린터, 재봉틀
편직기, 자동 도어 컨베이어 등에는 리니어 모터가 사용되고 있다. 그런데 단순히 직선 운동만 시키는 것이면 회전형
모터에 볼나사를 병용하면 된다. 그러나 그 동작의 정밀도, 속도 등의 대한 요구가 높아지면서 회전용 모터로는 대응할 수
없게 된다. 그래서 등장한 것이 리니어 모터이다. 이 모터는 다이렉트로 직선 운동을 하기 때문에 정밀도와 속도가 상당히
높아진다. 리니어 모터의 종류로는 직류 교류에 한정하지 않고 대체로 어떤 모터로도 리니어 모터로 될 수 있다.
단 그 성능, 경제성을 고려하면 그 종류도 자연히 한정된다. 예를 들면 직류이면 스태핑 모터나 브러시리스 모터, 교류이면
싱크로너스 모터, 인덕션 모터 등이 사용되고 있다. 리니어 모터의 장점은 앞에서도 설명한 바와 같이 다이렉트인 직선 운동
이나 고속 작동이 가능한 것 외에 백래시가 없다. 수명이 길다 등이다. 한편 단점으로는 일반적으로 고가로 되기 쉽다는 것
이다.
7. ULTRASONIC MOTOR
초음파 모터 (Ultrasonic Motor) 는 자석이나 권선을 필요로 하지 않는 새로운 형의 구동원이다.
작동원리는 복수의 압전 세라믹을 사용하고 이것에 고주파 전압을 가하여 압전 세라믹을 진동시킨다.
그리고 이 진동력에서 탄성체, 마찰판을 거쳐 일정 방향의 구동력, 즉 회전력을 얻는 것이다. 또 그 구동력은 회전형 외에
직진형 (린니어 구동형)도 있다. 앞에서 초음파 모터는 새로운 형의 구동원이라고 하였는데, 종래 모터라고 하면 자석이나
권선을 사용하는 전자기의 모터를 지칭하였다. 그런데 이 초음파 모터는 20 kHz 이상의 초음파 영역을 사용하는 전기력
모터인 것이다. 초음파 모터의 용도는 저속 회전에서 큰 힘을 필요로 하는 다이렉트 드라이브용 또 자기 에너지를 싫어하는
장치의 구동원, 또는 초소형 사이즈의 구동원, 버니어 구동 (미크론 단위의 미소 구동원) 등에 이용되고 있다. 초음파 모터
에는 정재파 방식과 진행파 방식이 있으며 일반적으로는 후자의 진행파 방식이 이용되고 있다.
진행파 방식이란 압전 세리믹스를 금속의 탄성체에 맞붙인 스테이터와 로터부를 마주 접촉시켜 탄성체에 발생하는 중파와
횡파에 의한 진행파에서 구동력을 얻는 방법이다. 또 초음파 모터는 그 진동 주파수에 20 kHz 이상의 초음파를 사용하고
있으며 이것은 모터 내부에서 그 대부분이 회전력으로 변환되기 때문에 인간이나 기타 생물에게 해를 주는 일이 없다.
8. SLOTTED TYPE MOTOR or SLOTLESS MOTOR
모터의 전기차에는 얼마간의 권선을 필요로 하며 철판을 쳠 장 겹친 철심에 슬롯(홈)을 부착하고 여기에 코일을 감아 넣은
형식의 모터로 슬롯형 모터 (Slotted type Motor)라고 한다. 이 모터는 구동용 코일을 직접 슬롯 안에 감아 넣기 때문에
보빈은 필요 없고 게다가 구조는 매우 단단하게 된다. 그러나 돌극구조이기 때문에 코깅이 발생하고 이것이 토크 변동,
회전 변동 특성에 나쁜 영향을 주게 되는 단점이 있다. 한 편 슬롯이 없는 로터 이른바 슬롯리스 모터 (Slotless Motor)는
철심등에 슬롯이 없고 코일도 본딩 와이어 (자기 융착선)을 사용하여 자립 형성하고 있다. 또 슬롯리스 모터는 어떤 위치에
있어도 균일한 자기 흡인력을 받기 때문에 코깅 현상이 없다.
9. SCANNER MOTOR
모터의 명칭은 전원의 종류, 구조, 크기, 성능, 사용 목적 등에 의해 여러가지 호칭법이 있는데 여기서 설명하는 스캐너용
모터는 사용 목적에 의한 명칭이다. 정보 기기에서는 스캐너라고 하는 말을 자주 듣게 되는데 이것은 모터의 회전축에
폴리건 미러 (다면 거울)을 설치하고 이 거울로 레이저 빔을 선모양으로 달리게 하는 주사장치이다. 스캐너용 모터는
사용 목적에 의한 분류이기 때문에 모터의 구조와 직접적인 관계가 없다. 그러나 그 요구 정밀도가 매우 엄격하기 때문에
모터이면 어떤 것이나 좋다고 할 수 없다. 따라서 스캐너용 모터로 사용되는 것은 AC 구동의 싱크로너스 모터 (히스테리스
싱크로너스 모터)나 DC 구동의 브러시리스 모터에 한정되어 있다. 어느 것이나 엄격한 지터 특성이 요구되고 (0.01% 이하)
또 모터 설치부, 미러 설치부에도 엄밀한 가공 정밀도(수 micro meter)가 요구된다.
이 모터는 스캐너용 이외에 레이저 프린터, 복사기, 팩시밀리 등에도 사용되고 있다.
10. ENCODER MOTOR
인코더를 간단히 설명하면 여러가지 정보를 보호화 하는 일종의 변환기라고 말할 수 있다.
인코더의 종류에는 그 구조에 따라 리니어식 인코더, 로터리식 인코더가 있으며 각각 리니어 모터, 회전형 모터에 사용되고
있다. 기타 인코더의 기능 분류로서는 인크리멘터리형과 앱솔루트형이 있다. 인크리멘터리형은 회전축의 회전 각도를 출력
펄스의 형으로 변환하는 방식이고 한편 앱솔루트형은 회전축의 위치를 2진 또는 2진화 10진수 등의 부호로 변환하는 방식
이다. 또 인크리멘터리형은 회전량의 변화는 검출할 수 있으나 절대적인 위치는 검출할 수 없다. 이 때문에 Z축 신호를
별개로 빼내고 여기에서의 변화를 카운트하여 정확한 위치를 구하도록 연구되어 있다. 이와 같은 인코더가 부착되어 있는
모터를 인코더 부착 모터라고 한다. 인코더의 역활은 회전축에 설치된 슬릿 원판 (부호판)의 회전에 의해 A, B, C상의 회전
신호를 빼내고 이들의 신호에서 정확한 위치, 회전량, 속도 제어를 하는 것인데, 인코더 부착 모터는 일종의 서보모터라고
할 수 있다. 또 인코더 부착 모터의 주요한 용도는 공업용 로봇, 공작 기계, 가중 제어 장치 등에 폭넓게 사용되고 있다.
참조 - 전동기(Motor)의 종류