모터에 대해

요즘 모터에 대해 문의하는 사람들이 좀 있어서 글을 남깁니다.
저도 모터에 대해 많이 알고 있진 않습니다.
그래도 제가 아는 부분이라도 도움이 되었으면해서 글을 쓰게 되었습니다.

모터는 생각보다 종류가 많고 알아야할 지식도 많습니다.
그냥 전기를 흘려주면 돌아가는 기계라고 단순히 생각하면 큰 오산입니다.
그래서 청계천에 모터 사러 갔다가 한심한 눈으로 쳐다보시거나 혹은 바가지씌우려는 사장님들을 많이 보게 되죠. 물론 자세하게 찬찬히 설명해주시는 고마우신 분들도 계시죠.
그래도 어느정도 알고 가서 당당히 제 값주고 제대로된 모터를 사오는게 좋겠죠?ㅎㅎ

모터에 대해서 글 쓴다고 시작했는데 막상 시작하려니 뭐부터 어떻게 정리해야할지 막막하네요.

우선 모터의 종류에 대해서 알아보겠습니다.
모터는 여러 종류의 모터가 있습니다. 사용하려는 목적에 따라서 종류를 잘 선택해서 써야하겠지요.
우선 크게 AC모터, DC모터, BLDC모터, 스텝모터, 서보모터 등이 있습니다.

------ AC모터 ------
AC모터는 220V 전압을 그대로 사용하는 모터입니다.
각 기능에 따라 분류가 되어있는데요.
인덕션, 리버시블, 브레이크, 터미널박스형, 극소형 등이 있습니다.

AC 인덕션 모터는 한방향으로 오랜시간 작동할때 사용합니다. 정지시 오버런이 있습니다.(오버런=회전하던 관성에 의해 더 돌면서 멈추는 현상) 그리고 역회전을 할때는 모터를 정지시켰다가 역회전을 해야합니다.
AC 리버시블 모터는 정역회전이 자유롭고 정역회전 변환시 모터를 정지시킬 필요가 없습니다. 정역회전을 빈번히 작동시킬 필요가 있을때 사용합니다. 오버런이 있긴하지만 인덕셔만큼은 아닙니다.
AC 브레이크 모터는 정역회전이 자유롭고 변환시 모터정지가 필요없으며, 정지시 오버런 없이 정지됩니다. 또한 정지상태에서 외부의 힘에 의해 회전하는 현상이 거의 없습니다.
AC 터미널박스형 모터는 박스형태로 제작되어 먼지나 수분에 의한 위험이 있는 곳에 사용시 적합합니다.
AC 극소형은 힘은 약하지만 작은 형태로 협소한 곳에도 장착이 가능합니다.
위 모든 AC모터는 스피드 컨트롤러와 결합을 통해 속조조절 및 소프트 스타트, 소프트 스탑 기능을 사용할 수 있습니다.

AC모터의 장점은 저소음 저진동과 반영구적 수명을 들수 있습니다.
그리고 성능이 안정적입니다.

------ DC모터 ------
DC모터는 주변에서 흔히 볼 수 있는 일반적인 모터입니다.
220V 교류를 사용하지 않고 12V,24V,90V,180V 등 DC전압을 사용하기때문에 직류변환어뎁터가 필요합니다.
(베터리로도 구동이 가능합니다.)
대부분 크기가 작은 편이며 저렴하고 다양한 성능을 자랑합니다.
하지만 수명이 짧습니다. 그 이유는 DC모터 구조상 모터 내부의 브러쉬와 정류자가 회전시 접촉을 하면서 작동되는데 물리적 접촉이기때문에 브러쉬가 닳아서 작동이 되지 않을 수 있기 때문입니다. 주기적인 교환이 필요합니다. 또한 물리적 접촉으로 인하 소음 문제가 발생합니다.(위~~~~~잉~~~~~~~)
컨트롤러에 의해 속도제어와 정역회전이 가능하고 브레이크기능도 가능합니다.
전압을 조절하여 속도조절도 가능하고 펄스를 이용한 PWM방식으로 조절도 가능합니다.

------ BLDC모터 ------
BLDC모터는 브러쉬가 없는 DC모터라는 뜻입니다.
DC모터의 최고 단점인 브러쉬의 손상에 의한 수명 단축이 없기 때문에 반영구적 사용이 가능하고 소음도 적습니다.
그 외에 모든 DC모터의 장점을 그대로 사용가능합니다.
거기에다 AC모터와 DC모터는 속도조절을 통해 저속으로 사용시 토크가 떨어지는 반면에 BLDC모터는 최대속도의 20%이상이면 정 토크를 계속 유지합니다. 다양한 속도에서 일정한 토크를 유지하기 때문에 여러모로 유리합니다.(토크=모터의 힘)
단, 유일한 단점은 전용 드라이버가 있어야 한다는 점입니다. (속도조절시에는 드라이버와 컨트롤러 둘 다 필요)

------ 스텝모터와 서보모터 ------
스텝모터와 서보모터는 가격도 비싸고 고성능이며 위치제어를 용도로 많이 사용되기때문에 (예, CNC, RP기계, 로봇) 자세한 설명은 생략하겠습니다. 절대 귀찮아서 안하는것이 아닙니다 ㅋ


모터의 종류에 대한 설명이 끝났습니다. 
여기에 추가로 기어드모터를 설명하려 합니다.
기어드모터는 말그대로 기어가 장착된 모터를 말합니다.
위에서 언급한 모든 모터에 기어를 장착하면 기어드모터가 됩니다.
기어를 장착하는 이유는 강한 토크(힘)를 얻기 위함입니다.
기어의 감속비로 인해 토크는 증가하게 되고 회전속도는 줄어들게 됩니다.
예를 들어 2000rpm속도에 10kgf㎝토크를 가진 모터에 5:1 감속기어를 장착하면
400rpm속도에 40kgf㎝토크로 변합니다.(속도는 정확히 반비례하고 토크는 기어에의한 손실률에 의해 대략 6~80%정도 비례합니다.)
무거운 구조물을 움직여야 할때 기어드 모터를 사용하면 되고, 속도를 고려해서 기어비를 선택하면 됩니다.
기어비는 일반적으로 3:1~180:1 정도까지 있습니다.
 
웜기어드 모터는 모터 주축과 회전축이 90각도를 이루는 구조의 기어드 모터입니다.
기어박스가 작은반면 큰 감속비를 가질 수 있는 장점이 있고
90각도로 꺽여 있기때문에 구조상 일반적인 기어드 모터를 장착할 수 없는 곳에 장착이 가능합니다.

이로써 거의 모든 종류의 모터에 대해서 간략히 훑어봤습니다.
근데 여기서 잠깐!!
사용되는 단위와 용어에 대해서 설명을 해야겠네요.

------ 용어 정리 ------

토크(Torque)는 모터의 힘을 나타냅니다. 단위는 kgf㎝을 사용하죠.
그림에서 보다시피 모터와 도르레를 이용하여 물체를 끌어올리 수 있는 힘을 나타내며
예를 들어 20kg의 물체를 반지름 1cm의 도르레를 이용하여 끌어올릴수 있을때 토크는 20kgf㎝ 이라고 합니다.
모터의 스펙을 볼때 조심해야할 부분이 있습니다. 가끔 힘이 약한 모터의 경우 토크의 단위를 kgf㎝이 아닌 gf㎝을 사용합니다. 이때는 1000배 차이가 나는 수치이기 때문에 gf㎝를 1000으로 나누어 kgf㎝와 비교하면 됩니다.

rpm은 분당 회전수를 말합니다. 1분에 얼마나 회전하는가. 이해되시죠?

모터의 스팩에 가장 많이 쓰이는 것이 W(와트) 입니다.
200W, 50W, 750W .... 이런식으로 표시되죠.
또한 어떤 모터는 1HP, 1.5HP, 2HP 이렇게 표시되는 모터도 있습니다.
무슨 차이일까요?
W(와트)는 전류와 전압을 곱한 값입니다.W=V x A. 소비전력량을 말하죠.
소비되는 전력이 큰 만큼 모터의 힘이 크겠지요? W는 토크와 거의 비례합니다.(비례하지 않는 경우도 있음)
또한 W가 클수록 모터의 크기도 대부분 커집니다.
그럼 HP는 뭔가요? 
750W=1HP(마력) 입니다. HP는 말의 힘(Horse Power)을 뜻합니다.
옛날 말을 사용하여 동력을 얻던 시절에서 따온 단위인것 같습니다 ㅎ 그러나 지금도 많이 쓰이죠.
자동차 광고에서 특히 많이 나옵니다. '300마력의 강력한 힘' 뭐 이렇게 나오죠-
이것은 300HP라는 뜻이고 소비전력으로 변환한다면 300x750W라는 뜻입니다.

그리고 W(전력)=V(전압)x A(전류) 공식을 꼭 기억해야합니다.
DC혹은 BLDC모터 사용시 12V 24V 어뎁터를 사용할때가 있는데 이때, 어뎁터의 최대전류를 확인해야합니다. 3,000mA 혹은 3A 라고 쓰여있는 어뎁터는 최대 3A까지 사용이 가능하다는 것입니다. 
이 어뎁터에 24V, 240W 모터 연결하면 어떻게 될까요?
작동되지 않습니다. 24V, 240W라는 것은 공식에 대입해보면 10A가 나옵니다. 즉, 10A를 흘려줘야 작동이 된다는 말이죠.
어뎁터는 이 용량에 커질수록 비싸집니다. 그리고 고용량으로 갈수록 크기도 커지고 10A 이상의 경우 일반 어뎁터가 아닌 SMPS 파워서플라이를 사용해야 합니다. SMPS 역시 고용량일수록 비싸고 커지지요.
 
------ 모터 사용법 ------
이제 사용법에 대해서 얘기해보겠습니다.

우선 모터를 어떻게 장착할것인가? 
구조를 생각해내야 합니다. 그냥 모터만 사면 어떻게 되겠지..라는 생각은 버리세요.
모터를 사다가 적당히 동판 구부려서 땜...하면 불 땜에 안되니까 에폭시로 발라야지..이런 생각 버리세요.
모든 구조물은 분해 조립이 가능해야합니다. 더욱이 모터같은 작동되는 개체의 경우 탈착이 가능해야 합니다.
예를들어 조명을 구입했는데 전구를 교환할 수 없는 조명이라면 어떨까요? 쓰고 버려야겠죠....
모터 역시 수명이 있고 고장이 날 수 있는 개체이기 때문에 탈착이 가능하고 용이해야합니다.



이처럼 브라켓을 이용하여 어떠한 구조위나 옆에 부착할 수 있습니다.
브라켓의 구조는 첫번째 사진처럼 모터 규격에 맞게 전용으로 나온 브라켓이 아닌이상 가운데가 원형으로 뚫려있고 한쪽 면이 찢어진 형태를 갖고 있습니다. 찢어진 틈을 나사로 조여서 가운데 들어간 모터를 고정시키는 원리입니다.
이 외에도 여러 장착 방법이 있으니 찾아보세요.
그리고 무엇보다 구조적인 설계 잊지마세요!!

모터를 고정시켰으면 모터의 축과 연결을 해야겠지요.
모터의 축은 4mm 6mm 8mm 10mm 12mm 등 정해진 규격으로 나옵니다.
원형의 봉으로 생겼지만 한쪽면이 평평하게 되어있거나 키(key)홈이 파여있는 경우가 있습니다.
대부분 큰 규격의 모터나 큰 힘을 받는 경우 키홈이 있고 작은 모터의 경우 한쪽이 평평하게 되어있습니다.
바로 이부분에 여러분이 만든 구조물을 장착해야합니다.
어떻게 장착해야 할까요? 축에 땜을 해야할까요? 아니면 에폭시?ㅎㅎㅎ
열처리된 연마봉으로 만들어져 있기때문에 탭가공도 안됩니다.
이곳에는 풀리나 기어 혹은 커플링을 연결해야 합니다.
모터에 회전축을 모터축의 일직선 방향으로 직접 연결할 것이라면 커플링을 장착해야합니다.
커플링은 손가락에 끼우는 반지를 말하는것이 아니고


이렇게 생긴 연결브라켓을 말합니다. 카플링이라고도 합니다.
이것을 사용해야 하는 이유는 회전축과 모터주축을 연결할때, 아무리 정교하게 연결한다해도
정확히 하나의 축처럼 연결은 불가능합니다. 미세하게나마 축이 뒤틀려있는 상태에서 강력하게 두 축을 고정시켜버리면 모터의 회전시 모터에 무리가 가고 이는 수명단축으로 이어집니다.
이러한 현상을 방지해주는 것이 커플링입니다.
모터축과 회전축이 뒤틀려 있어도 회전을 안전하게 전달하고 모터에도 무리가 가지 않도록 해줍니다.
볼스크류 같은걸 모터와 직접 연결할때 꼭 필요하겠죠?ㅎ

이외에 모터의 축과 동떨어진곳에 회전축이 있을때 이를 연결해주는 부품에는 풀리와 벨트,  기어가 있습니다.

기어는 말그대로 기어들을 연결하여 다른 곳에 위치한 회전축에 동력을 전달하는 역할을 합니다.
기어비에 의해 토크가 높아지거나 낮아지고 회전속도도 느려지거나 빨라집니다.
기어 가공에 대해서는 재료/가공 게시판 기어가공을 찾아보세요.

풀리에는 타이밍풀리와 V풀리 등이 있는데

 
왼쪽이 V풀리, 오른쪽이 타이밍풀리입니다.
V풀리의 경우 사진에 보이는 초록색 솔리드벨트를 사용하는데 
솔리드벨트의 경우 길게 한줄로 되어있고 이것을 적당한 길이로 잘라 양끝을 녹여붙여서 사용합니다.
회전축에서 과부하가 걸릴 경우 풀리가 헛돌기때문에 모터에 무리가 가지 않는다는 장점이 있습니다.
타이밍풀리는 기어와 비슷하게 생겼습니다.

​

 이렇게 생겼는데 벨트역시 이와 딱 맞게 톱니로 되어있서 동력전달시에 힘의 손실이 거의 없이 전달된다는 장점을 가지고 있습니다.

이 외에도 동력을 전달하는 방법이나 모터를 사용하는 법이 있을 수 있습니다.
여러 구조들을 고민해보고 발전시켜 유용하게 사용하기 바랍니다.

아 그리고 한가지 더 추가한다면
회전축을 만들때는 베어링을 사용하길 권장합니다.

베어링과 베어링하우징이 일체형으로 나오는 베어링이 있습니다. 
위의 사진처럼 베어링축과 90도 각도로 부착할 수 있도록 되어있는것도 있고 
축과 나란히 부착할 수 있는 것도 있습니다. 유용하게 사용할 수 있으니 참고하세요.
그리고 축은 동파이프나 봉을 사용하지 마세요!!
축은 조금이라도 휘어지면 그 기능을 온전히 수행할 수가 없습니다.
그리므로 베어링가게에서 베어링을 구입하면서 그에 맞는 '연마봉'을 구입하세요.
연마봉은 열처리된 철을 연마기로 가공하여 균일하고 정확한 직경을 갖고있는 재료입니다.
베어링과 연마봉 잊지마세요!!!


참고사이트 : www.sym.or.kr    www.motorbank.kr

글을 아무리 읽어봐도 이해가 안되거나 빨리 해결책을 찾고 싶다면 
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