전 세계 전력 소비의 거의 절반이 모터에 의해 소비되기 때문에 모터의 높은 효율은 세계 에너지 문제를 해결하기 위한 가장 효과적인 방안이라 불린다.
일반적으로 자기장에 흐르는 전류에 의해 발생하는 힘이 회전작용으로 변환되는 것을 말하며, 넓은 의미에서는 선형작용도 포함한다.모터로 구동되는 전원 공급 장치의 유형에 따라 DC 모터와 AC 모터로 나눌 수 있습니다.모터 회전 원리에 따라 크게 다음과 같은 범주로 나눌 수 있습니다.(특수 모터 제외)
AC AC 모터 브러시 모터: 널리 사용되는 브러시 모터를 일반적으로 DC 모터라고 합니다."브러시"(고정자 측)라는 전극과 "정류자"(전기자 측)라는 전극이 순차적으로 접촉되어 전류를 전환함으로써 회전 동작을 수행합니다.브러시리스 DC 모터: 브러시 및 정류자가 필요하지 않지만 트랜지스터 등의 스위칭 기능을 사용하여 전류를 전환하고 회전합니다.스테퍼 모터: 이 모터는 펄스 전력과 동기적으로 작동하므로 펄스 모터라고도 합니다.정확한 위치결정 동작을 쉽게 실현할 수 있는 것이 특징입니다.비동기식 모터: 교류는 고정자가 회전 자기장을 생성하게 하고, 이로 인해 회 전자는 유도 전류를 생성하고 상호 작용에 따라 회전하게 됩니다.AC(교류) 모터 동기 모터: 교류가 회전 자기장을 생성하고 자극이 있는 회전자가 인력으로 인해 회전합니다.회전율은 전원 주파수와 동기화됩니다.
전류, 자기장 및 힘에 대하여 먼저 모터 원리에 대한 다음 설명을 용이하게 하기 위해 전류, 자기장 및 힘에 대한 기본 법칙/규칙을 검토해 보겠습니다.향수를 불러일으키는 느낌이 들지만, 자기 부품을 자주 사용하지 않으면 이 지식을 잊어버리기 쉽습니다.
모터는 어떻게 회전하나요?1) 자석과 자기력의 도움으로 모터가 회전합니다.회전축이 있는 영구자석을 중심으로 ①자석을 회전시켜(회전자계를 발생), ②N극과 S극의 서로 다른 극은 서로 끌어당기고 같은 레벨로 밀어내는 원리에 따라, ③자석은 회전축이 회전합니다.
도선에 흐르는 전류는 그 주위에 회전자기장(자기력)을 발생시켜 자석이 회전하게 되는데, 이는 실제로 이와 같은 작용상태이다.
또한, 전선을 코일로 감으면 자기력이 합성되어 큰 자기장유속(자속)이 형성되어 N극과 S극이 생긴다.또한, 코일 모양의 도체에 철심을 삽입함으로써 자력선이 쉽게 통과하게 되어 더 강한 자기력을 발생시킬 수 있다.2) 실제 회전모터 여기서는 회전전기기계의 실제적인 방법으로 3상 교류와 코일을 이용하여 회전자계를 만드는 방법을 소개한다.(3상교류는 위상간격이 120의 교류신호이다.) 철심에 감겨진 코일은 3상으로 나누어지며, U상코일, V상코일, W상코일은 3상간격으로 배열된다. 120. 전압이 높은 코일은 N극을 생성하고, 전압이 낮은 코일은 S극을 생성합니다.사인파에 따라 각 위상이 변화하므로 각 코일이 생성하는 극성(N극, S극)과 그 자기장(자기력)이 변화하게 됩니다.이때 N극을 생성하는 코일을 보고 U상 코일 → V상 코일 → W상 코일 → U상 코일의 순서로 바꾸어 회전시키면 됩니다.소형 모터의 구조 다음 그림은 스테핑 모터, 브러시 DC 모터 및 브러시리스 DC 모터의 일반적인 구조와 비교를 보여줍니다.이러한 모터의 기본 구성 요소는 주로 코일, 자석 및 로터입니다.또한, 종류에 따라 코일고정형과 자석고정형으로 구분됩니다.
여기서 브러시 DC 모터의 자석은 외부에 고정되고 코일은 내부에서 회전합니다.브러시와 정류자는 코일에 전원을 공급하고 전류 방향을 바꾸는 역할을 합니다.여기서 브러시리스 모터의 코일은 외부에 고정되고 자석은 내부에서 회전합니다.모터의 종류가 다르기 때문에 기본 구성 요소가 동일하더라도 모터의 구조가 다릅니다.각 부분에서 자세히 설명하겠습니다.브러시 모터 브러시 모터의 구조 다음은 모델에 자주 사용되는 브러시 DC 모터의 외관과 일반 2극(자석 2개) 3슬롯(코일 3개) 모터의 분해 개략도입니다.아마도 많은 분들이 모터를 분해하고 자석을 빼낸 경험이 있으실텐데요.브러시 DC 모터의 영구자석은 고정되어 있고, 브러시 DC 모터의 코일은 내부 중심을 중심으로 회전할 수 있는 것을 볼 수 있다.고정된 쪽을 '고정자', 회전하는 쪽을 '로터'라고 합니다.
브러시 모터의 회전 원리 ① 초기 상태에서 반시계 방향으로 회전하면 Coil A가 상단에 위치하여 전원을 브러시에 연결하고 왼쪽을 (+), 오른쪽을 (-)로 한다.왼쪽 브러시에서 정류자를 통해 코일 A로 큰 전류가 흐릅니다.코일 A의 상부(외부)가 S극이 되는 구조입니다.코일 A 전류의 1/2이 왼쪽 브러시에서 코일 B와 코일 C로 코일 A와 반대 방향으로 흐르므로 코일 B와 코일 C의 바깥쪽은 약한 N극이 됩니다(그림에서 약간 작은 글자로 표시됨). 수치).이 코일에서 생성된 자기장과 자석의 반발력과 인력으로 인해 코일이 시계 반대 방향으로 회전합니다.② 시계 반대 방향으로 더 회전합니다.다음으로, 코일 A가 반시계 방향으로 30도 회전한 상태에서 오른쪽 브러시가 두 개의 정류자에 접촉되어 있다고 가정한다.코일 A의 전류는 왼쪽 브러시에서 오른쪽 브러시로 연속적으로 흐르고, 코일의 바깥쪽은 S극을 유지합니다.코일 A와 동일한 전류가 코일 B를 통해 흐르고, 코일 B의 외부는 더 강한 N극이 됩니다.코일 C의 양단은 브러시로 단락되어 있으므로 전류가 흐르지 않으며 자기장이 발생하지 않습니다.이 경우에도 반시계 방향 회전의 힘을 받게 됩니다.③부터 ④까지 상부코일은 왼쪽으로 이동하는 힘을 지속적으로 받고, 하부코일은 오른쪽으로 이동하는 힘을 계속 받아 반시계방향으로 계속 회전하게 된다.코일이 30도마다 ③, ④로 회전하면 코일이 중심 수평축 위에 위치할 때 코일의 바깥쪽이 S극이 되며,코일이 아래에 위치하게 되면 N극이 되며 이러한 움직임이 반복됩니다.즉, 상부 코일은 왼쪽으로 이동하는 힘을 반복적으로 받고, 하부 코일은 오른쪽(둘 다 반시계 방향)으로 이동하는 힘을 반복적으로 받습니다.이로 인해 로터가 항상 시계 반대 방향으로 회전하게 됩니다.반대편 왼쪽 브러시(-)와 오른쪽 브러시(+)에 전원을 연결하면 코일에 반대방향의 자기장이 발생하게 되어 코일에 가해지는 힘의 방향도 반대가 되어 시계방향으로 회전하게 됩니다. .또한 전원 공급 장치가 분리되면 브러시 모터의 회전자는 회전을 유지하는 자기장이 없기 때문에 회전을 멈춥니다.삼상 전파 Brushless 모터 삼상 전파 Brushless 모터의 외관 및 구조
3상 전파 브러시리스 모터 코일 결선의 내부 구조도 및 등가 회로 다음은 코일 결선의 내부 구조 개략도 및 등가 회로도이다.내부 구조도는 2극(자석 2개), 3슬롯(코일 3개) 모터의 간단한 예입니다.동일한 극 수와 슬롯 수를 갖는 브러시 모터 구조와 유사하지만 코일 측이 고정되어 있고 자석이 회전할 수 있습니다.물론 브러쉬는 없습니다.이 경우 코일은 Y-결선방식을 채택하고 반도체소자를 이용하여 코일에 전류를 공급하고 회전하는 자석의 위치에 따라 전류의 유입과 유출을 제어한다.이 예에서는 홀 요소를 사용하여 자석의 위치를 감지합니다.홀 소자는 코일 사이에 배치되어 자기장의 세기에 따라 발생하는 전압을 감지하여 위치 정보로 활용합니다.앞서 제시한 FDD 스핀들 모터 이미지에서는 코일과 코일 사이에 위치를 감지하는 홀 요소(코일 위에)가 있는 것도 볼 수 있습니다.홀 소자는 잘 알려진 자기 센서입니다.자기장의 크기는 전압의 크기로 환산할 수 있으며, 자기장의 방향은 양과 음으로 나타낼 수 있다.
3상 전파 브러시리스 모터의 회전 원리 다음으로, 브러시리스 모터의 회전 원리를 ①~⑥ 순서에 따라 설명한다.여기서는 이해를 돕기 위해 영구자석을 원형에서 직사각형으로 단순화하였습니다.① 3상 코일에서 코일 1을 시계 12시 방향에 고정하고, 코일 2를 시계 4시 방향에 고정하고, 코일 3을 8시 방향에 고정하도록 한다. 시계의 시 방향.2극 영구자석의 N극을 왼쪽, S극을 오른쪽으로 하여 회전이 가능합니다.전류 Io가 코일(1)로 흘러 코일 외부에 S극 자기장이 생성됩니다.Io/2 전류는 코일 2와 코일 3에서 흘러 코일 외부에 N극 자기장을 생성합니다.코일 2와 코일 3의 자기장이 벡터 합성되면 아래쪽으로 N극 자기장이 생성되는데, 이는 전류 Io가 하나의 코일을 통과할 때 생성되는 자기장의 크기의 0.5배이며, 자기장에 더해지면 코일 1의 자기장은 1.5배가 됩니다.이렇게 하면 영구 자석에 대해 90도 각도의 복합 자기장이 생성되므로 최대 토크가 생성되고 영구 자석이 시계 방향으로 회전합니다.회전 위치에 따라 코일(2)의 전류가 감소하고 코일(3)의 전류가 증가하면, 그에 따른 자기장도 시계방향으로 회전하고, 영구자석도 계속해서 회전하게 된다.② 30도 회전시키면 코일 1에 전류 Io가 흘러 코일 2의 전류는 0이 되고, 코일 3의 외부로는 전류 Io가 흐른다. 코일 1의 바깥쪽은 S극이 되고, 코일(3)의 외측은 N극이 된다.벡터를 결합하면 생성되는 자기장은 전류 Io가 코일을 통과할 때 생성되는 자기장의 √3(≒1.72)배가 됩니다.이것은 또한 영구 자석의 자기장에 대해 90도 각도로 결과 자기장을 생성하고 시계 방향으로 회전합니다.회전 위치에 따라 코일(1)의 유입 전류(Io)가 감소하면 코일(2)의 유입 전류는 0에서 증가하고, 코일(3)의 유출 전류는 Io로 증가하면 결과적인 자기장도 시계 방향으로 회전하게 되며, 영구 자석은 계속 회전합니다.각 상전류를 정현파라고 가정하면, 여기서의 전류값은 io× sin (π 3) = io× √ 32 이다. 자기장의 벡터합성을 통해 전체 자기장은 (√ 32) 2× 2 = 1.5배가 된다. 코일에 의해 생성된 자기장.※.각 상전류가 사인파일 때, 영구자석이 어디에 위치하든 벡터 합성 자기장의 크기는 코일이 생성하는 자기장의 1.5배가 되며, 자기장은 코일에 대해 90도 각도를 이룬다. 영구 자석의 자기장.③ 계속 30도 회전한 상태에서 전류 Io/2는 코일 1에 흐르고, 전류 Io/2는 코일 2에 흐르고, 전류 Io는 코일 3에 흐른다. 코일 1의 바깥쪽이 S극이 된다. , 코일(2)의 바깥쪽이 S극이 되고, 코일(3)의 바깥쪽이 N극이 된다.벡터를 결합하면 코일에 전류 Io가 흐를 때 발생하는 자기장의 1.5배가 생성됩니다(1과 동일).여기서도 영구자석의 자기장에 대해 90도 각도의 합성 자기장이 생성되어 시계방향으로 회전하게 됩니다.④~⑥ ① ~ ③과 같은 방법으로 회전시킵니다.이와 같이 영구자석의 위치에 따라 코일에 흐르는 전류가 지속적으로 바뀌면 영구자석은 일정한 방향으로 회전하게 된다.마찬가지로 전류가 반대 방향으로 흐르고 합성 자기장이 반전되면 시계 반대 방향으로 회전합니다.다음 그림은 ①부터 ⑥까지의 각 단계에서 각 코일의 전류를 보여줍니다.위의 소개를 통해 현재의 변화와 회전 사이의 관계를 이해할 수 있어야 합니다.스테핑 모터는 펄스 신호를 이용하여 회전 각도와 속도를 동기식으로 정확하게 제어할 수 있는 모터의 일종입니다.스테핑 모터는 '펄스 모터'라고도 합니다.스테핑 모터는 위치 센서를 사용하지 않고 Open-Loop 제어만으로 정확한 위치 결정을 구현할 수 있어 위치 결정이 필요한 장비에 널리 사용된다.스테핑 모터의 구조(2상 바이폴라) 외관예에는 HB(하이브리드)와 PM(영구자석) 스테핑 모터의 외관이 나와 있습니다.중앙의 구조도는 HB와 PM의 구조도 보여줍니다.스테퍼 모터는 고정된 코일과 회전하는 영구자석으로 이루어진 구조입니다.오른쪽의 스테핑 모터 내부 구조 개념도는 2상(2군) 코일을 사용한 PM 모터의 예입니다.스테핑 모터의 기본 구조 예에서는 코일이 외부에 배치되고 영구 자석이 내부에 배치됩니다.2상 외에도 3상, 5상 등압 코일이 많이 있습니다.일부 스테핑 모터는 다른 구조를 가지고 있지만 작동 원리를 소개하기 위해 본 논문에서는 스테핑 모터의 기본 구조를 제공합니다.본 글을 통해 스테핑 모터는 기본적으로 코일 고정과 영구자석 회전 구조를 채택하고 있음을 이해하고자 한다.스테핑 모터의 기본 작동 원리(단상 여자) 다음은 스테핑 모터의 기본 작동 원리를 소개하는 데 사용됩니다.① 전류는 코일 1의 왼쪽에서 들어오고 코일 1의 오른쪽에서 나갑니다. 코일 2를 통해 전류가 흐르지 않도록 합니다. 이때 왼쪽 코일 1의 내부는 N이 되고, 코일 1의 내부는 N이 됩니다. 오른쪽 코일 1은 S가 된다. 따라서 가운데 영구자석은 코일 1의 자기장에 끌려 왼쪽 S, 오른쪽 N 상태에서 정지한다. ② 코일 1의 전류를 정지시키고, 코일 2의 위쪽에서 전류가 유입되고 코일 2의 아래쪽에서 전류가 흘러나오게 됩니다. 위쪽 코일 2의 안쪽은 N이 되고, 아래쪽 코일 2의 안쪽은 S가 됩니다. 영구자석은 자기장에 끌려 시계 방향으로 90도 회전을 멈춥니다.③ 코일 2의 전류를 차단하여 전류가 코일 1의 오른쪽에서 들어오고 코일 1의 왼쪽에서 흘러나오도록 한다. 왼쪽 코일 1의 내부는 S가 되고, 오른쪽 코일 1의 내부는 S가 된다. N.이 됩니다. 영구자석은 자기장에 끌려 시계 방향으로 90도 더 회전하여 정지합니다.④ 코일 1에 전류를 차단하여 전류가 코일 2의 아래쪽에서 유입되어 코일 2의 위쪽에서 흘러나오도록 합니다. 위쪽 코일 2의 내부는 S가 되고, 코일 2의 내부는 S가 됩니다. 하부 코일 2가 N이 됩니다. 영구자석은 자기장에 끌려 시계 방향으로 90도 더 회전하여 정지합니다.코일에 흐르는 전류를 전자회로를 통해 위의 순서로 ①에서 ④로 전환함으로써 스테핑 모터를 회전시킬 수 있습니다.이 예에서 각 스위치 동작은 스테핑 모터를 90도 회전시킵니다. 또한 전류가 특정 코일을 통해 지속적으로 흐를 때 정지 상태를 유지하고 스테핑 모터가 유지 토크를 갖도록 할 수 있습니다.그런데, 코일에 흐르는 전류의 방향이 바뀌면 스테퍼 모터는 반대 방향으로 회전할 수 있습니다.
