1. 전동기 (Motor)
전동기는 1831년 페러데이에 의한 전자기 유도 (electormagnetic induction) 현상의 발견이 시초가 되어, 1834년 제코비가 직류 전동기(DC Motor)를 발명하게 되고, 1888년 테슬라가 회전자계를 활용한 동기 전동기(Synchronous Motor)와 권선형 유도전동기 (Induction Motor)를 발명하고 이후 농형 유도전동기가 상업화 되기 시작하면서 보급되기 시작했다. 최근에는 영구자석, 전기강판 등 신소재 개발과 성능향상으로 각종 반도체 스위치 소자의 발전에 따라 고출력 & 소형화 되는 경향을 보이고 있다. 이러한 전동기는 크게 직류전동기와 교류전동기로 나눌 수 있고, 교류전동기는 다시 동기전동기와 유도전동기로 구분할 수 있다.
2. 동작원리
1) 직류 전동기
직류전동기는 고정자(Stator) 측의 영구자석이나 전자석과 회전자(Rotor)측의 도체, 브러쉬, 정류자로 구성되어 있고, 회전 도체에 직류 전압이 걸리게 된다. 영구자석이 만들어내는 자기장 (Magnetic Field) 속에 전류가 흐르고 있는 도체인 전자석을 가져가면 플레밍의 왼손법칙에 의해 코일은 위 아래 방향으로 받는 힘이 생겨 반시계 방향으로 회전하게 된다. 또한 코일이 90도에 위치하면 코일을 통과하는 자속의 양이 감소하여 힘은 0에 수렴되게 된다. 브러쉬와 정류자에 의해 회전자측의 도체에 인가되는 전류의 방향이 전환되어 플레밍의 왼손 법칙에 의해 위 아래 방향으로 힘이 발생되어 반시계 방향으로 회전하게 되는 것이다.
2) 교류 전동기
교류전동기는 정지되어있는 고정자 자계와 회전자 사이에 힘이 작용하여 작동한는 직류 전동기와는 달리 고정자의 자계와 회전자가 모두 회전하게 되는 구조이다. 코정자 코어 120도의 위상 차이를 가지는 3상 교류 전압을 인가시키면, a상은 최대의 N극이 되고, b와c상은 약한 S극이 되며, 60도에서는 c상이 강한 S극, a상과 b상은 약한 N극이 되며, 120도에서는 b상이 강한 N극, a상과 c상은 약한 S극이 된다. 3상 교류전압에 의하여 형성되는 자속을 회전자계라고 하고, 회전자의 전자석을 만드는 방식에 따라 동기 전동기와 유도 전동기로 구분할 수 있다.
고정자 권선에 3상 교류전원이 인가되면 w5속도로 시계방향으로 회전하는 회전자계가 형상되게 되는데, 이 때 회전자 권선에 직류전원을 공급하여 형성된 전자석 또는 영구자석은 회전자꼐와 같은 방향으로 Wr속도로 회전하게 된다. 이 때 w5를 동기속도라고 하고 wr은 동기속도와 같다.
3) 선형 전동기
리니어 모터는 18세기 중반에 처음 발명되어 섬유공장에서 방적기로 상용화 되어 사용되다가 1946년 미국 웨스팅 하우스에서 리니어 모터를 이용한 항공모함 비행기 이착륙 보조장치를 개발하며서 여러 분야로 확산되기 시작했다. 현재는 자기부상열차, 리니어 모터카 등의 수송기관과 사무용, 공장자동화 기기 등 각종 자동화 시스템 분야의 핵심구동장치로 사용되고 있다. 선형전동기는 회전형 전동기를 축 방향으로 자른 후 양 옆으로 펼쳐놓은 것으로 생각하면 이해가 쉽다. 기존의 일반 전동기와 동작원리는 근본적으로 동일하다고 볼 수 있지만, 일반 전동기가 회전형의 운동력을 만들어내는 것임에 반해 직선방향으로 미는 추력을 발생시키는 점이 다르다고 할 수 있다.
선형전동기는 기본적으로 회전기보다 성능이 떨어지는데 이는 무한 연속운동을하는 회전형 전동기와는 달리 길이가 유한한 구조를 기초로 큰 공극으로 인해 효율이 떨어지기 때문이다. 하지만, 직선구동력이 필요한 시스템에서는 기어나 벨트 등의 추가적인 변환장치가 불필요하여 시스템 구조가 간단하고, 손실이나 소음을 발생시키지 않는 등의 장점을 가지고 있다.
3. 전동기 응용분야
1) 직류 전동기
직류전동기는 정지상태에서부터 정격속도까지 이르는 모든 속도범위에서 정격토크를 발생시킬 수 있는 특성이 있어 로봇, 공작기계, 압엽기 등의 다양한 산업분야에 활용되고 있다.
2) 동기 전동기
높은 효율과 신뢰성, 그리고 제어가 용이한 특성 때문에 대형전력 응용분야에 사용되고 있다. 또한 일정한 속도를 유지할 수 있기 때문에 압연기, 제련소, 발전소 등에서 큰 부하 구동을 위해 사용된다.
3) 유동 전동기
간단한 구조와 저렴한 가격으로 전동기 응용분야 전반에 효과적으로 사용되고 있다.
4) 선형전동기
기본적으로 기계의 직선운동이 필요한 반도체, LCD, 자동화산업 등 각종 이송장치에 적용되고, 철도나 차량 등에도 적용된다.
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