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[3Dof] 모터 선택 가이드 (모터의 종류, AC모터, DC모터, 모터제어, 아두이노 모터)

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모터(Motor)에 대한 개요

 


모터란 전기에너지를 직선 혹은 회전운동 등의 동력으로 변환시켜주는 전자부품입니다. 선풍기, 엘레베이터, 자동차, 냉장고 등 동력을 필요로 하는

대부분의 전자기기에 들어있으며, 크기, 속도, 토크(힘), 제어기능 등의 특징에 따라 다양한 모터로 분류됩니다.


  

 





모터의 종류 및 선택 가이드

 


모터는 다양한 분야에서 사용되고 있는 만큼, 아주 많은 종류가 있습니다. 그렇기 때문에 내가 필요로 하는 모터를 고르기 위해서는 특징에 

따라 어떠한 모터가 있는지 숙지해야합니다. 아래는 각각의 모터에 대해 아주(?) 간단하게 설명한 내용입니다. 


모터가 사용하는 전원에 따른 분류로는 교류(AC) 전원을 사용하는 AC모터와 직류(DC) 전원을 사용하는 DC모터로 분류할 수 있습니다. 


AC모터 일반적으로 사용하는 220V 교류 전압을 사용하는 모터를 말하며, 동급 출력을 사용하는 DC모터에 비해 상대적으로 저렴하며,

고효율에 수명이 길다는 장점이 있습니다. 그렇기 때문에 큰 힘을 필요로 하는 기계에 많이 사용되고 있습니다. 하지만 단점으로는 속도나

방향을 제어하기가 어렵다는 점입니다. 교류는 전압이 일정하지 않기 때문에 속도 및 방향을 제어하기 위해서는 추가 장비가 필요합니다. 


DC모터는 직류 전압을 사용하는 모터를 말하며, AC모터와 다르게 속도 및 방향을 비교적 간단하게 제어할 수 있기 때문에 다양한 분야에서

사용되고 있습니다. 또한 배터리는 모두 직류(DC)이기 때문에 무선으로 사용해야할 경우 혹은 정밀해야하거나, 방향을 제어해야하는 경우

에는 DC모터를 사용합니다. 예로는 RC카, 레이저 커팅기, 3D프린터 휴대용 선풍기 등이 있습니다. 



 





모터 용어 정리

 


모터를 선택할 때, 어떤 종류의 모터를 사용해야하는가도 중요하지만, 같은 종류의 모터 스펙을 비교하여 구매하는 것도 중요합니다. 그러므로

아래의 용어를 숙지하고 모터를 더 잘 골라봅시다. (아래의 용어는 메카솔루션(모터 판매처)를 기준에서 정리한 용어입니다.)


작동 전압  (예: 3~6V)

모터가 작동하는 최적의 전압을 말합니다. 더 작은 전압을 입력해도 굴러는 갑니다. (큰 전압은 모터가 망가질 수 있습니다.)


적정 전압  (예: 6V)

모터의 성능을 최대한 활용하면서 모터에 부담을 주지 않는 전압입니다. 또한 적정 전압을 기준으로 속도 및 힘 등을 표시합니다.


전류 (예: 200mA)

모터가 사용하는 전류(에너지)를 말합니다. 즉, 모터를 사용하려면 모터의 전류보다 더 큰 전원을 입력해야합니다. (1A = 1000mA)  


RPM (예: 300RPM)

Revolutions Per Minute의 약자이며, 분당 회전수를 말합니다. 300RPM하면 1분에 300바퀴 돈다는 겁니다.


토크 (예: 1kg/cm)

회전력(힘)을 말합니다. 1kg/cm라하면 모터의 축(돌아가는 부분)을 중심으로 1cm 떨어진 점에서 1kg의 힘을 버틸수 있다는 의미입니다. 







모터의 전압-전류-RPM-토크의 관계

모터의 전원(전류,전압)이 강할수록 출력(RPM,토크)이 강해집니다. 속도가 빠를 수록 힘이 약하며, 반대로 힘이 강할수록 속도가 느려집니다. 

(전원과 출력은 비례 / 속도와 토크는 반비례)


무부하 (No-load)

모터에 아무런 힘이 가해지지 않은 상태를 말합니다. 무부하 상태의 전류, 무부하 상태의 RPM 등을 표시할 때 사용됩니다.


최적 부하 (Optimal-load)

모터가 가장 효율적으로 돌 수 있는 부하를 말합니다. 모터를 최대한 오래 사용하고 싶다면 최적 부하 상태에서 모터를 구동시켜보세요.


최대 부하 (Stall)

모터가 멈추는 지점. 그 정도의 힘을 받은 상태를 말합니다. 사용하는 전류가 확 높아지며, 그만큼 열이 나므로 주의합니다.


기어비 (Ratio) (예 1:10)

빠른 속도보다는 강한 힘을 요구할 때, 모터에 기어박스(기어)를 달게됩니다.감속기라고도 부르며, 이러한 기어가 부착된 모터를 기어드 모터

라고 부릅니다. 기어비는 어느정도 크기의 기어를 부착했느냐를 의미하며 기어비가 클 수록 속도는 줄어들고 힘은 강해집니다.)


 





DC모터 제어하기 (속도 및 방향)

 


모터는 전원에 따라 AC모터와 DC모터로 분류되며, 방향과 속도를 제어하기 위해서는 보통 DC모터를 많이 사용합니다. DC모터에서도 스텝

모터, 서보모터, 일반 DC모터, 엔코더 장착모터 등으로 나뉘어지며, 각각의 모터들은 제어하는 방식이 모두 제 각각입니다. 이를 감안할 때,

DC 모터를 제어하는 방법은 크게 2가지로 나눌 수 있습니다 바로 오픈루프(Open-Loop)제어방식과 클로즈 루프(Close-Loop)제어방식입니다.



오픈루프 제어 일방적으로 모터에게 '모터야, 너 10바퀴만 돌아라' 또는 '모터야, 너 180도만 정방향으로 돌아라'와 같이 전기 신호를 보내는 

방식을 말합니다. (피드백이 없음) 이러한 방식은 모터가 최대 부하가 걸릴 경우 회전을 못하게 되는데, 명령을 내린 주체는 이를 알아챌 수가 없

기 때문에 오차가 생길 수 있다는 점입니다.





이와 반대로 클로즈 루프 제어 결과를 측정하여 결과값을 기반으로 명령을 내리는 방식을 말합니다. 즉, '10바퀴만 돌고 멈춰' 또는 '30도만

돌고 멈춰' 와 같은 방식입니다. 결과 값을 측정하기 위해서는 엔코더라는 적외선 센서가 부착된(부착시킨) 엔코더 모터를 사용해야 합니다.





위에서 나온 아두이노는 모터에 전기 신호(명령)를 보내기 위한 전자부품이며, (모터)드라이버는 아두이노를 보조하여 모터에 전원을 입력하기

위한 전자부품입니다. 또한 전기 신호를 보내기 위해서는 어떠한 전기 신호를 보낼 것인지, 프로그래밍 과정을 통해 프로그램을 만든 후 아두이

노에 업로드(설치)해야합니다. (스텝모터, 서보모터, DC모터 등은 각각 다른 신호로 방향 및 속도를 제어할 수 있으며, 자세한 내용은 본 블로그

에 검색 해보시면 나옵니다.)

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