모터 칼럼Brushless 모터의 센서 탑재와 센서레스 구동의 특징과 사용 용도

우리의 생활에서는 많은 모터가 사용되고 있습니다. 에어컨, 세탁기, 청소기 등의 가전, 냉각 팬, 하드 디스크, DVD 등이 탑재된 PC를 비롯하여 자동차, 전철, 빌딩, 공장 등 눈에 보이지 않는 곳에서 수많은 모터가 활용되고 있습니다.

그 중에는 모터의 회전수나 토크 (torque) 제어를 담당하는 것이 많이 있으며, 그 기동 및 구동 방식을 크게 구분하면 「①위치 센서 탑재 구동」과 「②위치 센서레스 구동」으로 나눌 수 있습니다.

• ①위치 센서 탑재 구동 : 모터의 회전 속도나 회전 위치를 검출하는 센서가 필요한 모터 구동법
• ②위치 센서레스 구동 : 상기 센서가 필요 없는 모터 구동법

①센서 탑재 구동의 장점은, 모터의 기동 및 구동 시의 위치 및 회전을 확실하게 검출하여, 하드 로직 컨트롤러 내장의 모터 드라이버로 저속에서 고속까지 매끄러운 모터 구동과 회전 제어가 가능하다는 점입니다. 단점은 모터 내부에 홀 소자 / 홀 IC와 같은 센서를 실장해야 하므로, 센서의 실장 위치 정밀도를 고려해야 하고, 센서와 모터 컨트롤러를 접속하기 위한 배선이 필요하다는 점입니다.

②센서레스 구동의 장점은, 물리적으로 센서를 배치할 수 없는 모터나, 고온, 물, 기름 등 열악한 환경에서 사용되는 모터의 구동에 대응할 수 있다는 점입니다. 단점은 속도 기전압을 이용하기 때문에 저속일 때 약하고, 회전 위치는 MCU의 연산 추정으로 산출하게 되므로, 전체적인 응답성이 악화된다는 점입니다. 또한, 위치 및 회전 검출 센서 대신에 모터 전류, 전압, 모터 파라미터 (모터 권선의 R, L)를 이용하는 연산 추정은, 각 모터에 따라 영향을 받습니다. 뿐만 아니라, 센서레스 구동을 위해서는 MCU 이외의 하드 로직 전용 컨트롤러를 통해 외부 강제 기동 신호로 기동하고, 그 후, 속도 기전압을 위치 신호로 하는 방법도 있습니다.

이와 같이 각각 장단점이 있으므로, 모터를 사용하는 환경, 신뢰성 요구 정도, 모터 부하 (정토크, 정출력, 회전수 2승)의 종류 등 요구 특성에 따라 적합한 모터 구동 방법을 선택해야 합니다.