전기 모터란 무엇인가요?

근육의 힘 없이 어떻게 물건을 움직이게 할 수 있을까요? 증기 엔진의 기계적 에너지는 뜨거운 증기, 즉 증기압을 이용해 생성되는 반면, 전기 모터는 전기 에너지를 동력으로 사용합니다. 그래서 전기 모터를 전기 기계 변환기라고도 합니다.

전기 모터에 대응하는 것은 비슷한 구조의 발전기입니다. 발전기는 기계적 운동력을 전기 에너지로 변환합니다. 이 두 가지의 물리적 기반은 전자기 유도입니다. 발전기에서는 도체가 움직이는 자기장에 있을 때 전류가 유도되고 전기 에너지가 생성됩니다. 반면에 전기 모터에서는 전류를 전달하는 도체가 자기장을 유도합니다. 서로 끌어당기는 힘과 밀어내는 힘은 움직임을 생성하는 기초가 됩니다.

전기 모터는 어떻게 작동하나요?

전기 모터에는 어떤 종류가 있나요?

모든 발명은 DC 모터에서 시작되었습니다. 하지만 오늘날에는 다양한 디자인의 AC 모터가 업계에서 가장 일반적으로 사용되는 전기 모터입니다. 이 모터들은 모두 공통된 결과를 가져옵니다: 모터 축의 회전 운동입니다. AC 모터의 기능은 DC 모터의 전자기 작동 원리를 기반으로 합니다.

DC 모터

대부분의 전기 모터와 마찬가지로 DC 모터는 움직이지 않는 부품인 고정자와 움직이는 부품인 회전자로 구성됩니다. 고정자는 자기장을 유도하는 데 사용되는 전기 자석 또는 자기장을 지속적으로 생성하는 영구 자석으로 구성됩니다. 고정자 안쪽에는 전기자라고도 하는 로터가 있으며 코일로 감싸져 있습니다. 코일이 직류 전원(배터리, 축전지 또는 직류 전압 공급 장치)에 연결되면 자기장이 생성되고 로터의 강자성 코어가 전자석으로 변합니다. 로터는 베어링을 통해 움직일 수 있게 장착되며 자기장의 반대 극, 즉 전기자의 북극이 고정자의 남극과 반대 방향으로, 또는 그 반대로 인력과 정렬되도록 회전할 수 있습니다.

로터를 연속 회전 운동으로 설정하려면 자기 정렬을 반복해서 반전시켜야 합니다. 이는 코일의 전류 방향을 변경하여 달성할 수 있습니다. 모터에는 소위 정류자 가 있습니다. 두 개의 공급 접점은 정류자에 연결되어 있으며 극성 반전 작업을 수행합니다. 변화하는 인력과 반발력은 전기자/회전자가 계속 회전할 수 있도록 합니다.

DC 모터는 주로 정격 전력이 낮은 애플리케이션에 사용됩니다.. 여기에는 소형 공구, 호이스트, 엘리베이터 또는 전기 자동차가 포함됩니다.

비동기 AC 모터

교류 모터에는 직류 대신 3상 교류가 필요합니다. 비동기 모터에서 로터는 소위 다람쥐 케이지 로터. 회전은 이 로터의 전자기 유도에 의해 발생합니다. 고정자에는 다음이 포함됩니다. 3상 전류의 각 위상에 대해 120°(삼각형) 오프셋된 권선(코일). 3상 전류에 연결되면 이 코일은 각각 시간적으로 오프셋된 라인 주파수의 리듬에 따라 회전하는 자기장을 형성합니다. 전자기적으로 유도된 로터는 이러한 자기장에 의해 운반되어 회전합니다. 이 방식에서는 DC 모터와 같은 정류자가 필요하지 않습니다..

비동기 모터는 다음과 같은 이름으로도 알려져 있습니다. 유도 모터라고도 하며, 전자기적으로 유도된 전압을 통해서만 작동합니다. 전자기 유도 회 전자의 원주 속도가 자기장(회전장)의 회전 속도에 도달하지 않기 때문에 비동기식으로 작동합니다. 이러한 슬립으로 인해 비동기식 AC 모터의 효율은 DC 모터보다 낮습니다.

AC 동기 모터

동기 모터에서는 로터에 권선이나 도체봉 대신 영구 자석이 장착되어 있습니다. 이러한 방식으로 로터의 전자기 유도를 생략할 수 있으며 로터가 고정자 자기장과 동일한 원주 속도로 슬립 없이 동기 회전합니다.. 따라서 효율, 전력 밀도 및 가능한 속도는 비동기 모터보다 동기 모터에서 훨씬 더 높습니다. 그러나 동기 모터의 설계는 훨씬 더 복잡하고 시간도 많이 소요됩니다.

리니어 모터

산업에서 주로 사용되는 회전 기계 외에도 직선 또는 곡선 트랙에서의 이동을 위한 드라이브도 필요합니다. 이러한 모션 프로파일은 주로 공작 기계와 포지셔닝 및 핸들링 시스템에서 발생합니다.

회전 전기 모터는 기어 유닛의 도움을 받아 회전 운동을 직선 운동으로 변환할 수도 있습니다. 즉, 간접적으로 회전 운동을 일으킬 수 있습니다. 그러나 종종 특히 까다롭고 빠른 "병진" 이동이나 위치 결정을 실현하는 데 필요한 동역학을 갖추지 못하는 경우가 많습니다.

바로 이 부분에서 리니어 모터가 등장합니다. 병진 운동을 직접 생성하는 (다이렉트 드라이브). 선형 모터의 기능은 회전하는 전기 모터에서 파생될 수 있습니다. 이를 위해 회전하는 모터가 "열려 있다고" 상상해 보세요: 이전에 둥글었던 고정자가 평평한 이동 거리(트랙 또는 레일)가 되어 덮이게 됩니다. 그러면 이 경로를 따라 자기장이 형성됩니다. 선형 모터에서 삼상 모터의 회전자에 해당하며 원을 그리며 회전하는 회 전자는 소위 캐리지 또는 변환기로서 고정자의 종 방향으로 움직이는 자기장에 의해 직선 또는 곡선으로 이동 거리를 초과하여 당겨집니다.

전기 모터는 누가 발명했나요?

전기 모터의 발명은 한 사람의 공으로 돌릴 수 없습니다. 여러 발명가들이 함께 연구한 결과물입니다. 19세기에도 전기 공학에 대한 관심은 계속 증가하여 전 세계 연구자들에게 영감을 주었습니다. 새로운 발명품이 속속 등장했습니다.

최초의 전기 모터는 아연 배터리에 전원을 공급받았기 때문에 당시의 증기 기관과 경쟁하기에는 아직 갈 길이 멀었습니다. 이는 최초의 발전기가 개발되면서 바뀌었습니다.

하지만 여기에도 한계가 있었습니다. 발전기에서 생산된 직류는 장거리 운송이 불가능했습니다. 큰 손실 없이 장거리에 공급할 수 있는 교류와 3상 전류가 도입되고 3상 모터가 발명되면서 비로소 획기적인 발전이 이루어졌습니다.

다음은 역사적 사실과 수치를 간략하고 불완전하게 살펴본 것입니다:

• 1800년 이탈리아의 물리학 교수 알레산드로 볼타가 자신의 이름을 딴 볼타 기둥을 만들었습니다. 이 기둥은 전기를 지속적으로 생산할 수 있었으며, 구리와 아연 판을 겹겹이 쌓아 만든 최초의 작동하는 배터리였습니다.
• 1820년: 전기 모터의 물리적 기반은 전자기학이며, 이 발견은 덴마크의 물리학자이자 화학자, 자연 철학자인 크리스티안 외르스테드(Christian Ørsted )에게로 거슬러 올라갑니다. 그는 전류가 흐르는 도체 주위에 자기장이 형성된다는 사실을 발견했습니다.
• 1821: 얼마 지나지 않아 영국의 자연과학자 마이클 패러데이가 전자기 회전을 발견했습니다. 그는 영구 자석의 도움으로 전류가 흐르는 도체를 회전 운동으로 설정하여 전기 모터 개발의 기초를 만들었습니다.
• 1822년: 영국의 수학자이자 물리학자인 피터 바라우가 자신의 이름을 딴 바라우 바퀴를 발명했습니다. 그는 직류를 이용해 회전 운동을 하는 장치를 만드는 데 성공했습니다.
• 전자기 회전을 발견한 지 10년 후인1831년, 마이클 패러데이는 가변 자기장을 이용해 전류를 생성하는 실험을 성공적으로 수행했습니다. 따라서 전자기 유도의 발명은 그에게로 거슬러 올라가며 발전기 개발의 전제 조건을 만들었습니다.
• 1831년, 패러데이와는 별개로 물리학자 조셉 헨리는 미국에서 전자기 구동 진동 시소를 통해 전자기 유도를 발견했습니다.
• 1834년 프로이센-러시아 물리학자이자 엔지니어인 모리츠 헤르만 폰 야코비는 실생활에 사용할 수 있는 최초의 전기 모터를 개발하여 이를 이용해 최초의 전기 구동 보트를 만들었고, 이후 몇 년 동안 계속 개선해 나갔습니다.
• 1837년 미국의 금세공업자이자 발명가인 토마스 데이븐포트는 1934년에 개발한 직류 전기 모터에 대한 최초의 특허를 받아 전기 기관차 모델에 동력을 공급하는 데 사용했습니다.
• 1866년: 독일의 산업가 베르너 지멘스가 나중에 직류 모터의 기초가 된 다이나모 기계의 원리를 기반으로 한 발전기를 발명합니다.
• 1888년: 당시 오스트리아 제국이었던 크로아티아에서 태어나 미국으로 이주한 니콜라 테슬라가 수많은 특허를 발명합니다. 여기에는 다상 교류를 다루는 여러 특허가 포함됩니다.
• 1888년: 거의 같은 시기, 테슬라와는 별개로 이탈리아의 엔지니어이자 물리학 교수인 갈릴레오 페라리스도 교류 및 삼상 전류 기술을 연구하고 있었습니다.
• 1889년 러시아 태생의 AEG 수석 디자이너 미하일 폰 돌리보-도브로볼스키는 테슬라와 페라리의 연구 결과를 바탕으로 연구를 계속하여 최초의 3상 다람쥐 케이지 모터를 설계했습니다. 이는 현재 산업계에서 널리 사용되고 있는 비동기 3상 모터의 승리를 예고했으며 최초의 전원 공급 네트워크 구축의 길을 열었습니다.

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