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모터 칼럼

Brushless 모터의 센서 탑재와
센서레스 구동의 특징과 사용 용도

주목 키워드
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  • 모터 분류
  • 모터 제어
  • 모터 종류
  • 위치 센서
  • 회전 검출 센서
  • 외부 강제 기동 신호
  • 속도 기전압

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.

For Beginners

홀 소자 / 홀 IC
홀 효과를 이용한 자기 센서로, 자속 밀도에 따라 전압을 출력한다. 홀 효과란, 고체에 전류를 흘려 고체 표면에 대해 수직으로 자계를 형성하는 경우, 전류 방향 및 자계 방향 각각에 수직 방향 (직교)의 전압이 발생하는 현상. 홀 IC (홀 센서라고도 함)는 OP Amp나 디지타이저 (Digitizer) 등을 조합한 것이다.
속도 기전압
자속의 시간 미분인 속도 기전력에 해당하는 전압. 센서레스 제어 시의 위치, 속도 추정법에 사용되는 요소 중 하나.
외부 강제 기동
모터가 정지되어 있는 상태에서는 유기전압이 발생하지 않으므로, 모터 위치를 검출하기 위해 모터 기동 시 외부로부터 강제적으로 모터를 회전시켜 유기전압을 발생시키는 것.

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