BLDC 모터의 회전원리를 알아보자

앞선 포스팅에서 BLDC 모터의 구조 각 구성품의 특징에 대해 알아보았습니다. 이번 포스팅은 BLDC 모터의 회전 원리에 대해 알아보도록 하겠습니다. BLDC 모터를 회전시키고 구동력을 발생시키는데 홀센서는 중요한 역할을 하고 있습니다. 아래에서 홀센서의 역할을 중점으로 BLDC 모터의 회전원리에 대해 설명하겠습니다.

 

모터 구조와 홀센서

앞선 포스팅에서 확인할 수 있듯이, BLDC 모터는 고정자와 회전자로 구성되며, 고정자는 고정자 권선으로 이루어져 있습니다. 회전자에는 영구자석이 내장되어 있으며, 회전자 코어에 부착되어 있습니다. 홀센서는 회전자 주위에 전기각 120도 간격으로 위치하고 있으며, 일반적으로 총 3개의 홀센서가 위치합니다. 이 센서들은 영구자석의 극 변화를 검출하여 회전자 주변의 자기장 및 전압의 변동을 측정합니다.

 

고정자 코일 전류 공급

BLDC 모터를 회전시키려면 고정자 권선에 전류를 공급해 자기장을 생성해야 합니다. BLDC 모터는 3개 홀센서의 신호를 바탕으로 전류를 공급할 상을 정하게 되는데, 주기마다 2개의 상에 전류가 인가됩니다. 홀센서 신호를 바탕으로 각 상의 권선들을 순차적으로 여자하고, 이를 통해 모터의 동작을 제어하고 구동시킵니다.

 

자기장 생성

여자된 고정자 권선에 전류가 공급되면 해당 권선 주위에 자기장이 생성됩니다. 영구자석 동기전동기(PMSM)와 마찬가지로, 고정자 전류로 만들어진 자기장과 회전자 영구자석이 만들어 내는 자기장이 상호작용을 하게 되고, 이를 통해 모터의 구동력을 생성하게 됩니다.

 

회전자의 위치 감지

홀센서의 출력 신호는 모터의 MCU에 전달됩니다. 이 신호는 모터의 회전자 위치를 정확히 알려주며, 회전자의 위치에 따라 3개 홀센서 신호의 조합이 총 6개로 나뉘게 됩니다. 즉, 회전자가 같은 장소로 돌아오기까지 총 6개의 홀센서 출력 신호의 조합이 만들어지게 됩니다. 이 정보를 기반으로 MCU는 전류를 인가할 2개의 상을 결정하게 됩니다. 

 

모터 회전 속도 감지 

홀센서의 정보를 기반으로 MCU는 정밀한 회전 방향 및 속도 또한 알 수 있게 됩니다. 홀센서의 출력 신호가 검출되는 주기를 파악해 보면, 모터의 정확한 회전 속도를 알 수 있게 됩니다. 만약, 지령 속도나 사용자가 원하는 속도보다 모터가 빠르게 혹은 느리게 회전한다면, MCU에 내장된 PI 제어기나 PID 제어기의 이득 값을 수정하여 지령 속도를 전보다 잘 추종할 수 있도록 해주어야 합니다.

 

오늘은 BLDC 모터의 회전 원리에 대해 알아보았습니다. 서론에서 말씀드렸듯, 홀센서의 역할이 굉장히 중요하다는 사실을 알 수 있었습니다. 최근, 홀센서를 사용하지 않는 센서리스 방법 또한 많은 연구가 진행되고 있다고 합니다. 다음 기회에 센서리스 제어 방법도 알아볼 수 있는 기회를 가져보겠습니다. 감사합니다.