직류 전동기 구조에 대해 알아보기

직류 전동기는 전기 에너지를 기계적인 움직임으로 변환하는 전기 기계의 한 형태입니다. 앞선 포스팅에서 알아본 유도 전동기와 영구자석 동기전동기는 3상 교류 전원을 이용하는 3상 교류 전동기지만, 직류 전동기는 직류 전원으로부터 구동력이 발생합니다. 오늘은 직류 전동기의 구조에 대해 알아보겠습니다.

 

고정자 (Stator)

직류 전동기 회전자 주위에 있는 부분으로, 일반적으로 강철 또는 자성체로 만들어져 영구적인 자기장을 생성합니다. 이 자기장은 회전자를 감싸며, 이와 동시에 회전자에 작용하여 움직임을 유발합니다. 회전자와 고정자 사이의 자기장 상호작용은 로렌츠 힘의 원리에 따라 전기 에너지를 기계 에너지로 변화시킵니다. 고정자는 직류 전동기 내에 고정되어 있으므로 회전하지 않고 안정적으로 위치하게 되며, 직류 전동기의 전체 구조를 유지합니다.

 

로렌츠 힘

로렌츠 힘은 전기장과 자기장이 존재하는 공간에서 전하가 움직일 때 작용하는 힘을 나타내는 물리적 법칙입니다. 이 힘은 전기장과 자기장의 상호작용으로 인해 전하에 작용하며 전하의 운동을 결정합니다. 로렌츠 힘은 전하 입자의 속도 벡터와 자기장 세기 벡터의 곱으로 표현됩니다. 이를 미루어 보아, 전하가 극성을 가질 때 발생하는 힘임을 알 수 있으며, 전하의 크기, 전기장의 세기, 자기장의 세기, 그리고 전하의 속도에 의해 결정되는 성분임을 알 수 있습니다.

 

회전자 (Rotor)

회전자는 직류 전동기의 핵심적인 부분으로, 주로 여러 개의 도선으로 구성됩니다. 회전 운동에 따라 기계 작업을 수행하거나 기계 에너지를 생성합니다. 회전자의 도선에 흐르는 전류는 회전자 내부의 자기장과 상호작용하여 회전자를 회전시킵니다. 회전자는 직류 전동기의 중심축을 따라 회전하며, 회전 운동은 직류 전동기의 구동력을 만들어내게 됩니다.

 

정류자 (Commutator)

정류자는 회전자를 이루는 구성품 중 하나로, 일반적으로 구리 또는 구리 합금으로 만들어집니다. 회전자가 회전함에 따라 정류자도 함께 회전하며, 이때 정류자와 연결된 도선은 자기장과 상호작용하게 됩니다. 정류자는 이러한 상호작용 과정에서 발생하는 전류의 방향을 반복적으로 바꿔주는 역할을 합니다. 이를 통해 직류 전동기에는 지속적으로 직류 전류가 흐를 수 있게 되며, 이 직류 전류가 지속적으로 전동기 내 자기장과 상호작용하며 회전자를 회전시니다.

 

브러시 (Brushes)

브러쉬는 정류자와 연결된 부품으로, 전류를 전달하고 정류자의 표면을 접촉하여 전류의 방향을 제어합니다. 일반적으로 브러쉬는 탄소 또는 탄소 기반 소재로 만들어집니다. 이러한 소재는 전류를 전달하는 데 효과적이며 내구성이 있어야 합니다. 회전자에 연결되는 정류자와는 달리, 브러쉬는 고정자에 위치하고 있으며, 브러쉬는 정류자의 표면을 따라 이동하면서 전류의 방향을 바꿉니다. 이것은 정류자의 회전 운동에 따라 전류의 방향이 반복적으로 바뀌는 것을 의미합니다. 브러시는 정류자와 계속 접촉하면서 전류를 전달하기 때문에, 기계적 마모가 발생할 수 있습니다. 이는 직류 전동기의 성능과 수명에 영향을 미칠 수 있으므로 정기적인 유지 보수가 필요합니다. 

 

오늘은 직류 전동기의 구조에 대해 알아보았습니다. 교류 전동기에는 존재하지 않던 정류자와 브러시가 추가된 구조로, 이를 통해 지속적인 힘을 만들어내는 전동기임을 알 수 있었습니다. 다음 포스팅은 직류 전동기와 관련된 더욱 유익한 주제로 찾아오겠습니다. 감사합니다.