모터 / 전기 모터

• 전기 모터란 무엇일까요?
• 전기 모터는 어떻게 동작할까요?
• 전기 모터에는 어떤 종류가 있습니까?
• 전기 모터는 누가 발명했을까요?
• 
  SEW의 제안: SEW의 모듈라 시스템을 이용하면 어떤 어플리케이션에도 최적의 전기 모터를 사용할 수 있습니다
  
  
  • AC 모터/비동기 모터
  • 서보 모터 – 동기 모터 및 비동기 모터
  • 선형 모터
  • 라인 시동 영구 자석 (LSPM) 모터

전기 모터란 무엇일까요?

어떻게 하면 사람의 인력을 투입하지 않고도 사물이 움직이게 할 수 있을까요? 증기기관은 뜨거운 증기를 이용하여 역학 에너지를 만들어냅니다. 더 정확하게는 증기압을 이용합니다. 마찬가지로 전기 모터는 전기 에너지를 에너지원으로 사용합니다. 이러한 이유로 전기 모터는 전기-역학 변환기라고도 불립니다.

전기 모터에 반대되는 개념은 발전기이며 비슷한 내부 구조를 갖습니다. 발전기는 역학적 움직임을 전력으로 변환합니다. 두 기계의작동 원리는 모두 전자기 유도를 이용합니다. 발전기에서는 도체가 움직이는 자기장 안에 있을 때 전류가 유도되고 전기 에너지가 생성됩니다. 반면에 전기 모터에서는 전류가 도체를 흐르게 되면 자기장이 유도됩니다. 따라서 당기는 힘과 밀어내는 힘이 생기게 되고 움직임을 만들어 냅니다.

전기 모터는 어떻게 동작할까요?

보편적으로 전기 모터의 핵심은 회전자와 고정자로 구성됩니다. "고정자(stator)"는 "가만히 있다"라는 의미의 라틴어 동사 "stare"에서 유래했습니다. 전기 모터에서 고정자는 움직이지 않는 부품입니다. 마찬가지로 움직이지 않는 부분인 하우징에 단단히 연결됩니다. 반면에 회전자는 모터의 축에 연결되며 움직일 수 있습니다 (회전 운동).

AC 모터의 경우, 고정자는 구리선으로 감싼 적층 코어를 포합합니다. 전류가 구리선을 흐를 때 구리선은 코일의 역할을 수행하며 회전하는 자기장을 만들어 냅니다. 고정자에 의해 생성된 자기장은 회전자에 전류를 유도합니다. 이렇게 유도된 전류는 전자기장을 회전자 주위에 생성합니다. 결과적으로 회전자와 회전자에 연결된 모터의 축은 고정자의 자기장이 회전함에 따라서 함께 회전하게 됩니다.

전기 모터는 생성된 회전 운동으로 기어 유닛 (토크 컨버터, 속도 가변기) 를 구동하거나 라인 모터로서 어플리케이션을 직접 구동합니다.

전기 모터에는 어떤 종류가 있습니까?

모든 전기 모터는 DC 모터에서 시작되었습니다. 그러나 오늘날 산업에서 가장 흔하게 사용되는 전기 모터는 다양한 디자인의 AC 모터입니다. 모든 전기 모터의 사용 목적은 모터 축을 회전 운동 시키는 것 입니다. AC 모터는 DC 모터의 전자기 작동 원리에 기반합니다.

DC 모터

다른 대부분의 전기 모터들처럼 DC 모터도 움직이지 않는 부품인 고정자와 움직이는 부품인 회전자로 구성됩니다. 고정자는 자기장을 유도하는 전기 자석, 혹은 계속해서 자기장을 생성하는 영구 자석으로 구성됩니다. 고정자의 내부에는 회전자가 위치합니다. 또한 고정자의 내부는 코일에 싸여있는 골조라고 부르기도 합니다. 코일이 직류 전원에 연결되어 있다면 (배터리, 축전지, DC 전압 공급기), 자기장이 생성되고 회전자의 강자성 코어는 전자석으로 기능합니다. 회전자는 베어링에 연결되어 움직일 수 있습니다. 따라서 회전 운동이 가능하며 인력과 정렬되도록 회전합니다 - 코일의 N극은 회전자의 S극과 반대이고 그 반대도 성립합니다.

회전자를 계속해서 회전 운동 시키기 위해서 자기 정렬이 반대로 반복되어야 합니다. 코일에 흐르는 전류의 방향을 바꿈으로서 자기 정렬을 반대로 바꿀 수 있습니다. 이러한 이유 때문에 모터는 정류자라고 불리기도 합니다. 두 개의 공급 접점은 정류자에 연결되어 극 변환 작업을 수행합니다. 인력과 척력을 바꾸면서 정류자(회전자)가 계속 회전할 수 있도록 합니다.

DC 모터는 주로 낮은 정격 전력을 가진 어플리케이션에 사용됩니다. 작은 도구나 호이스트, 엘레베이터, 전기 차량 등이 주요 사용 어플리케이션입니다.

비동기 AC 모터

AC 모터는 직류 전류가 아니라 3상 교류 전류를 사용합니다. 따라서 비동기 모터의 회전자는 농형 회전자라고도 불립니다. 이 회전자의 전자기 유도에 의해 회전이 발생합니다. 고정자는 3상 전류의 각 위상에 대해 120° (삼각형)의 권선 (코일) 오프셋을 가지고 있습니다. 3상 전류에 연결되면 각각의 코일은 자기장을 생성합니다. 각 자기장은 일시적으로 오프셋된 라인 주파수에 따라 회전하게 됩니다. 전자기적으로 유도된 회전자는 이 자기장을 따라서 함께 회전합니다. DC 모터에 사용되는 정류자와는 다른 방법이라고 할 수 있습니다.

비동기 모터는 전자기적으로 유도된 전압을 통해서만 동작할 수 있기 때문에 >유도 모터라고도 알려져 있습니다. 전자기적으로 유도된 회전자의 원주 속도는 절대로 자기장의 회전 속도에 도달할 수 없기 때문에 비동기적으로 작동합니다. 이러한 현상으로 인해 생기는 회전자와 회전 자계의 속도 차이를 슬립이라고 부르며 비동기 AC 모터가 DC 모터보다 효율이 낮은 원인이 됩니다.

• AC 모터의 구조 더 보기 / 비동기 모터와 SEW 제품군

AC 동기 모터

동기 모터에서 회전자는 권선이나 도체 막대 대신에 영구 자석을 장착합니다. 따라서 회전자에 별도의 전자기장 유도가 필요하지 않으며 회전자는 슬립 없이 고정자의 자기장이 회전하는 속도와 동기화하여 회전할 수 있습니다. 따라서 비동기 모터에 비해 효율, 전력 밀도, 속도에서 훨씬 우수한 특성을 가지고 있습니다. 그러나 동기 모터의 설계는 상대적으로 더 까다롭고 많은 시간이 필요합니다.

• 동기 모터와 SEW 제품군에 대해 더 알아보기

선형 모터

산업에서 주로 사용되는 회전 기계에서는 직선 운동과 곡선 선로 운동 역시 요구되곤 합니다. 이러한 움직임은 공작 기계와 운반 시스템에서 주로 요구됩니다.

기어유닛을 이용하면 회전하는 전기 모터의 회전 운동을 선형 운동으로 변환할 수 있습니다. 즉 간접적으로 영향을 줄 수 있습니다. 그러나 기어유닛만으로는 부족할 때가 종종 있습니다. 특히나 역동적이고 빠른 "변환" 움직임과 포지셔닝을 구현하려면 역학적인 요구사항을 충족해야 합니다.

선형 모터는 이럴 때 큰 힘을 발휘할 수 있습니다. 변환 움직임을 직접적으로 생성합니다 (직접 구동). 선형 모터의 기능은 회전하는 전기 모터에서 파생됩니다. 회전하는 모터가 "열렸다'고 생각해보십시오. 원형의 고정자는 커버된 납작한 길이 됩니다. (트랙 혹은 레일). 자기장이 이 길을 따라서 생성됩니다. 선형 모터의 회전자는 3상 AC 모터의 회전자에 해당합니다. 그러나 3상 AC 모터의 회전자와는 달리, 원형으로 회전하는 것이 아니라 직선 혹은 곡선으로 왕복 운동을 합니다. 선형 모터의 내부에는 고정자의 종방향으로 움직이는 자기장이 있으며 캐리지 또는 변환기라고도 부릅니다.

• 선형 모터와 SEW 드라이브 솔루션에 대해 더 알아보기

전기 모터는 누가 발명했을까요?

전기 모터의 발명은 한 명의 발명가에 의해 이루어지지 않았고, 여러 발명가들의 연구 결과로 전기 모터가 개발되었습니다. 19세기에 전기 공학에 대한 관심은 점점 더 커지면서 전 세계 연구자들에게 영감을 주었고, 차례로 새로운 발명품들이 등장했습니다.

최초의 전기 모터는 아연 배터리로부터 전류를 공급 받았기에 당시 우수했던 증기 기관과 경쟁하기에는 너무나 역부족이었습니다. 그러나 최초의 발전기가 개발되자 상황이 변하기 시작했습니다.

물론 여전히 많은 제약이 있었습니다. 발전기에서 생산된 전류는 먼 거리를 송전할 수 없었습니다. 큰 손실 없이 장거리 송전이 가능한 3상 전류가 도입되고 AC 모터가 발명되면서 돌파구가 마련되었습니다.

아래에서 간략한 역사적 배경과 사실에 대해 알아보겠습니다.

• In 1800: 이탈리아의 물리학 교수인 알렉산드로 볼타는 자신의 이름을 딴 볼타 전지를 만들었습니다. 볼타 전지는 전기를 지속적으로 공급할 수 있었습니다 -- 구리와 아연 판을 서로 겹쳐 스택을 구성하였고 최초로 사용할 만한 배터리가 되었습니다.
• 1820: 전기 모터의 물리적 기반은 전자기학이라고 할 수 있습니다. 덴마크의 물리학자, 화학자이며 자연철학자였던 크리스티안 외르스테드에 의해 기반이 마련되었습니다. 그는 도체 주위에 전기가 흐르면 자기장이 생성된다는 것을 발견하였습니다.
• 1821: 영국의 자연과학자인 마이클 패러데이가 전자기 회전을 발견하였습니다. 영구 자석을 이용하여 전류가 흐르는 도체 주변에 회전 운동을 구현하였고 이는 전기 모터의 발명을 위한 기틀이 되었습니다.
• 1822: 영국의 수학자이자 물리학자인 피터 바로우의 이름을 딴 바로우의 바퀴가 발명됩니다. 직류 전류를 이용하여 바퀴를 회전시키는데 성공했습니다.
• 1831: 전자기 회전을 발견한지 10년이 지나 마이클 패러데이는 가변 자기장에서 전류를 생성하는 실험을 성공적으로 마쳤습니다. 전자기 유도의 발명은 마이클 패러데이의 업적이라고 할 수 있으며 전류 발전기 개발의 기틀을 다졌다고 할 수 있습니다.
• 1831: 패러데이의 발견과는 별개로 미국의 물리학자인 조지프 헨리가 전자기적으로 구동되는 진동 로커에서 전자기 유도를 발견했습니다.
• 1834: 프로이센-러시아의 물리학자이자 공학자인 모리츠 폰 자코비는 실생활에 사용할 수 있는 최초의 전기 모터를 개발했습니다. 이 모터로 최초의 전기 작동식 보트가 탄생했고 이후 몇 년에 걸쳐 개량이 지속되었습니다.
• 1837: 미국의 금세공인이자 발명가인 토마스 데이븐포트가 1934년에 직접 개발한 DC 전기 모터로 첫 특허를 받았습니다. 이 DC 모터로 전기 기관차를 구동하였습니다.
• 1866: 독일의 산업가인 베르너 지멘스는 다이너모 원리에 기반하여 발전기를 발명하였습니다. 이후 DC 모터의 개발에도 영향을 주게 되었습니다.
• 1888: 니콜라 테슬라는 오늘날 크로아티아에 해당하는 오스트리아 제국의 지역에서 태어나 미국으로 이주하였습니다. 다양한 특허를 취득하였으며 특히 다상 교류에 관한 특허들이 유명합니다.
• 1888: 테슬라와 거의 동시기에 이탈리아의 공학자이자 물리학 교수인 갈릴레오 페라리스는 교류와 3상 전류 기술에 대해 탐구했습니다.
• 1889: 러시아 태생의 AEG 수석 설계 공학자인 미하일 폰 돌리보 도브로볼스키가 테슬라와 페라리스의 발견에 기반한 연구를 진행하였고 최초의 3상 농형 모터를 개발하였습니다. 이로서 비동기 모터가 산업에서 널리 사용될 수 있는 기반을 닦게 되었고 최초의 전류 공급 시스템 개발의 밑거름이 되었습니다.

모든 것이 전기 모터에서 시작됩니다. 여전히 전기 모터는 우리의 핵심 사업 분야입니다 - 주로 주파수 인버터와 결합된 기어모터의 형태로 필요한 어플리케이션에 맞게 제공됩니다. 드라이브 및 자동화 솔루션 분야의 세계적인 선도 업체로서 SEW는 광범위한 비동기 및 동기 모터를 제공합니다. 고효율 모터에서 선형 모터, 전기 실린더, 위생 및 방폭 모터는 물론이고 초저전압 드라이브까지 - 귀하에게 최적의 전기 모터 솔루션을 보장합니다. 브레이크, 빌트인 엔코더 등 다양하고 광범위한 옵션으로 모터를 더욱 유용하게 사용해보십시오.

• DR.. (단일 속도) AC 모터
• 극 변환이 가능한 DRS../DR2S.. AC 모터 (2단 속도)
• LSPM 기술이 적용된 DR...J AC 모터
• DRM../DR2M.. 토크 모터
• DRL../DR2L.. 비동기 서보 모터
• DRK.. 단상 모터
• DAS.. 무균 모터
• EDR.. 방폭 모터

• CMP.. 동기 서보 모터 (높은 역동성)
• CM.. 동기 서보 모터 (높은 관성)
• CM3C.. 동기 서보 모터 (중간 관성)
• DRL../DR2L.. 비동기 서보 모터
• CMP.. 방폭 모터

• SL2 동기 선형 서보 모터
• 전기 실린더, 표준형 CMS.. 및 모듈형 CMSM..