1.Brushless DC 모터의 개념
브러시리스 모터 또는 동기식 DC 모터라고도 알려진 브러시리스 DC 모터(BLDC)는 작동을 위해 브러시나 정류자가 필요하지 않은 모터 유형입니다. BLDC 모터에 대한 입력은 직류(DC)이지만 기본적으로 메인 인버터 스위치를 주기적으로 전환하여 교류(AC)를 시뮬레이션합니다. 이는 코일 권선에 변화하는 자기장을 생성하여 모터 회전자가 지속적인 토크를 경험하게 하여 지속적인 회전을 가능하게 합니다. BLDC 모터는 고정자 권선 수에 따라 단상, 2상 또는 3상으로 구성할 수 있습니다. 가장 일반적으로 사용되는 BLDC 모터는 3상 모터입니다. 아래 다이어그램은 3상 브러시리스 DC 모터의 분해를 보여줍니다.
2. 브러시리스 DC 모터의 적용
BLDC 모터의 시장 규모는 2022년까지 약 197억 6천만 달러에 이를 것으로 추산됩니다. BLDC 모터 기술이 점점 성숙해짐에 따라 BLDC 모터는 군사, 항공우주, 산업, 자동차, 민간 제어 시스템 및 가전 제품을 비롯한 다양한 분야에서 광범위한 응용 분야를 발견했습니다. 소형 로봇, 드론, 전기자전거, 진공청소기, 전동공구 등 저전압, 저전력 기기에 흔히 사용된다.
다음은 몇 가지 인기 있는 응용 프로그램입니다.
진공청소기/헤어드라이어: 헤어드라이어나 진공청소기의 경우 잘 알려진 브랜드는 다이슨(Dyson)입니다. '차세대 블랙 테크놀로지'로 각광받는 다이슨 헤어드라이어는 V9 지능형 디지털 모터를 탑재해 기존 모터보다 더 작고, 가벼우며, 빠르다. 카본 브러시를 사용하지 않고도 모터는 분당 최대 11만 회전의 속도를 낼 수 있으며, 다른 모터에 비해 작고 가볍다. 다이슨의 디지털 모터에 사용되는 모터는 '단상 브러시리스 DC 모터', 본질적으로 BLDC 모터의 일종이다.
드론/짐벌:
드론의 모터 제어의 핵심은 속도와 방향 제어입니다. 가장 인기 있는 드론은 의심할 여지 없이 DJI의 드론입니다. 아래 다이어그램은 각 모서리에 4개의 BLDC 모터가 보이는 스파크 드론의 분해를 보여줍니다.
비슷한 용도로는 짐벌이 있습니다.
전동 공구: 일상 생활에서 흔히 볼 수 있는 휴대용 전동 공구에는 Bosch의 전기 렌치, 드릴 등이 포함됩니다. 브러시리스 DC 모터의 에너지 절약 및 고효율은 휴대용 전동 공구 비용의 지속적인 감소와 결합되어 전동 공구에 BLDC 모터를 사용하는 급속한 발전을 가져왔습니다. Bosch, Dewalt, Milwaukee 등과 같은 가장 잘 알려진 국제 제조업체가 이러한 추세를 주도하고 있습니다.
3.Brushless DC 모터 구성
고정자: BLDC 모터의 고정자는 적층 강판으로 구성되며 내부 원주 축을 따라 새겨진 슬롯에 권선이 배치됩니다. 고정자는 유도 전동기와 유사하지만 권선 분포가 다릅니다. 대부분의 BLDC 모터에는 3개의 스타 연결 고정자 권선이 있으며, 각 권선은 상호 연결된 여러 코일로 구성됩니다. 코일은 슬롯에 배치되고 상호 연결되어 권선을 형성합니다. 이러한 권선은 고정자의 원주를 따라 분포되어 균일한 간격의 자극을 생성합니다.
로터: BLDC 모터는 내부에 코일이 없는 영구 자석을 로터로 사용합니다. 로터의 남극과 북극 자극은 교대로 배열됩니다. 또한, 연자성 소재 기술의 발전과 가격 하락으로 인해 영구자석 회전자 제조에 고성능 네오디뮴 철 붕소 희토류 소재가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 높은 자기 에너지 제품과 안정적인 특성을 통해 BLDC 모터는 더 나은 기계적 특성과 동적 응답은 물론 더 높은 효율과 속도 범위를 가질 수 있습니다. 다음은 Microchip의 BLDC 기본 문서에 있는 회전자 자석 단면의 개략도입니다.
홀 센서: BLDC 모터 제어의 가장 중요한 측면은 회전자 위치 식별입니다. 위치 식별에는 두 가지 방법이 있습니다. 하나는 위치 센서를 사용하여 홀 센서로 알려진 회전자의 위치를 식별하는 것입니다. 다른 하나는 센서리스 방식으로, 역기전력을 감지해 회전자의 위치를 파악하는 방식이다. 센서가 있는 BLDC 모터의 경우 대부분의 BLDC 모터는 고정자에 3개의 홀 센서를 내장합니다. 각 정류 동안 하나의 권선은 제어 전원 공급 장치의 양극에 연결되고(전류는 권선에 유입됨) 두 번째 권선은 음극에 연결되며(전류는 전류가 빠져나감) 세 번째 권선은 연결이 끊긴 상태입니다. 토크는 고정자 코일에 의해 생성된 자기장과 영구 자석 사이의 상호 작용에 의해 생성됩니다. 회전자 자극이 홀 센서 근처를 통과하면 센서는 높거나 낮은 레벨의 신호를 출력하여 남/북 자극이 홀 센서가 감지한 영역을 통과하고 있음을 나타냅니다. 홀 센서에서 출력되는 신호 간의 위상 변이는 60° 또는 120°일 수 있습니다.
