몇 년 동안, 전문 공구 업계에서는 브러시리스 모터가 무선 공구 구동 장치를 장악하는 모습을 볼 수 있었습니다. 좋은 소식이지만, 뭐가 그렇게 중요한 걸까요? 나무 나사를 조일 수만 있다면 정말 중요한 걸까요? 음, 네. 브러시 모터와 브러시리스 모터를 다룰 때는 상당한 차이점과 영향이 있습니다.
2피트 브러시 모터와 브러시리스 모터를 자세히 살펴보기 전에 먼저 DC 모터의 실제 작동 원리에 대한 기본 지식을 알아보겠습니다. 모터 구동은 모두 자석과 관련이 있습니다. 반대 전하를 띤 자석은 서로 끌어당깁니다. DC 모터의 기본 원리는 회전하는 부분(회전자)의 반대 전하가 앞쪽의 고정 자석(고정자)에 끌리도록 하여 계속 앞으로 당기는 것입니다. 마치 제가 달리면서 막대기에 꽂힌 보스턴 버터 도넛을 앞에 두고 계속 잡으려고 하는 것과 같습니다!
문제는 도넛을 어떻게 계속 움직이게 할 것인가입니다. 쉬운 방법은 없습니다. 영구 자석(영구 자석) 세트부터 시작합니다. 전자석 세트는 회전하면서 전하가 변하므로(극성이 반대로 변함), 항상 반대 전하를 가진 영구 자석이 움직일 수 있습니다. 또한, 전자기 코일이 변할 때 받는 유사한 전하가 코일을 밀어냅니다. 브러시 모터와 브러시리스 모터를 살펴볼 때, 전자석의 극성이 어떻게 변하는지가 핵심입니다.
브러시 모터에는 영구 자석, 전기자, 정류 링, 브러시라는 네 가지 기본 구성 요소가 있습니다. 영구 자석은 장치의 외부를 구성하며 움직이지 않습니다(고정자). 하나는 양전하를 띠고 다른 하나는 음전하를 띠며 영구 자기장을 생성합니다.
전기자는 전원이 공급되면 전자석이 되는 코일 또는 일련의 코일입니다. 이는 회전 부품(로터)이기도 하며, 보통 구리로 만들어지지만 알루미늄을 사용할 수도 있습니다.
정류자 링은 두 개(2극 구성), 네 개(4극 구성) 또는 그 이상의 부품으로 전기자 코일에 고정되어 있습니다. 이들은 전기자와 함께 회전합니다. 마지막으로, 카본 브러시는 제자리에 고정되어 각 정류자로 전하를 전달합니다.
전기자에 전원이 공급되면, 충전된 코일은 반대 전하를 띤 영구 자석 쪽으로 당겨집니다. 그 위의 정류자 링도 회전하면, 한 카본 브러시의 연결부에서 다음 연결부로 이동합니다. 다음 브러시에 도달하면, 정류자는 극성이 반전되어 같은 종류의 전하에 의해 밀려나면서 다른 영구 자석에 끌리게 됩니다. 실제로, 정류자가 음극 브러시에 도달하면, 양극 영구 자석에 끌리게 됩니다. 정류자는 적절한 시간에 도착하여 양극 브러시와 연결되고, 음극 영구 자석으로 이어집니다. 브러시는 쌍으로 되어 있으므로, 양극 코일은 음극 자석 쪽으로 당기고, 음극 코일은 동시에 양극 자석 쪽으로 당깁니다.
마치 제가 보스턴 버터 도넛을 쫓는 전기자 코일 같아요. 거의 다 쫓았는데, 마음이 바뀌어서 더 건강한 스무디를 쫓게 됐죠(제 양극성이나 욕망이 바뀌었죠). 도넛은 칼로리와 지방이 풍부하잖아요. 이제 보스턴 크림에서 밀려나면서 스무디를 쫓고 있어요. 그 자리에 도착했을 때, 도넛이 스무디보다 훨씬 낫다는 걸 깨달았어요. 방아쇠를 당기기만 하면, 다음 브러시에 닿을 때마다 마음이 바뀌면서 동시에 제가 좋아하는 것들을 미친 듯이 쫓게 되죠. ADHD에 딱 맞는 최고의 응용 프로그램입니다. 게다가 저희는 두 명이라 보스턴 버터 도넛과 스무디는 항상 한 명이 열정적으로 쫓지만, 우유부단하죠.
브러시리스 모터에서는 정류자와 브러시가 사라지고 전자 제어기가 추가됩니다. 영구 자석은 이제 회전자 역할을 하며 내부에서 회전하는 반면, 고정자는 외부 고정 전자기 코일로 구성됩니다. 제어기는 영구 자석을 끌어당기는 데 필요한 전하에 따라 각 코일에 전력을 공급합니다.
컨트롤러는 전하를 전자적으로 이동시키는 것 외에도, 반대 방향의 영구 자석에도 유사한 전하를 공급할 수 있습니다. 같은 종류의 전하들은 서로 반대 방향에 위치하기 때문에, 이는 영구 자석을 밀어냅니다. 이제 회전자는 당기는 힘과 미는 힘으로 인해 움직입니다.
이 경우, 영구 자석이 움직이기 때문에 이제 그들은 저와 제 러닝 파트너가 되었습니다. 우리는 더 이상 원하는 것에 대한 생각을 바꾸지 않습니다. 대신, 저는 보스턴 버터 도넛을 원하고 제 파트너는 스무디를 원한다는 것을 알았습니다.
전자식 컨트롤러 덕분에 각자의 아침 식사가 눈앞에 펼쳐지고, 우리는 늘 같은 것을 추구해 왔습니다. 컨트롤러는 또한 우리가 원하지 않는 것들을 뒤로 밀어내어 추진력을 제공합니다.
브러시 DC 모터는 부품 제조가 비교적 간단하고 저렴합니다(구리 가격이 더 저렴해진 것은 아니지만). 브러시리스 모터는 전자 통신 장치가 필요하기 때문에, 사실상 무선 공구에 컴퓨터를 내장하는 셈입니다. 이것이 브러시리스 모터의 가격이 상승하는 이유입니다.
설계상의 이유로 브러시리스 모터는 브러시 모터에 비해 많은 장점을 가지고 있습니다. 그 중 대부분은 브러시와 정류자의 손실과 관련이 있습니다. 브러시는 전하를 전달하기 위해 정류자와 접촉해야 하므로 마찰이 발생합니다. 마찰은 도달 가능한 속도를 감소시키고 동시에 열을 발생시킵니다. 가벼운 브레이크가 달린 자전거를 타는 것과 같습니다. 다리에 같은 힘을 가하면 속도가 느려집니다. 반대로 속도를 유지하려면 다리에서 더 많은 에너지를 얻어야 합니다. 마찰열로 인해 림이 가열됩니다. 즉, 브러시 모터에 비해 브러시리스 모터는 더 낮은 온도에서 작동합니다. 이는 더 높은 효율을 제공하여 더 많은 전기 에너지를 전기 에너지로 변환합니다.
카본 브러시도 시간이 지남에 따라 마모됩니다. 이로 인해 일부 공구 내부에서 불꽃이 발생합니다. 공구를 계속 작동시키려면 브러시를 정기적으로 교체해야 합니다. 브러시리스 모터는 이러한 유지 보수가 필요하지 않습니다.
브러시리스 모터는 전자 제어 장치가 필요하지만, 로터/스테이터 조합은 더 컴팩트합니다. 따라서 더 가벼운 무게와 더 작은 크기를 구현할 수 있습니다. 이러한 이유로 마키타 XDT16 임팩트 드라이버처럼 초소형 디자인과 강력한 출력을 갖춘 다양한 공구가 출시되고 있습니다.
브러시리스 모터와 토크에 대한 오해가 있는 것 같습니다. 브러시 모터 또는 브러시리스 모터 설계 자체가 토크의 크기를 정확히 나타내는 것은 아닙니다. 예를 들어, 밀워키 M18 연료 해머 드릴의 실제 토크는 이전 브러시 모터 모델보다 작았습니다.
하지만 결국 제조업체는 몇 가지 매우 중요한 사실을 깨달았습니다. 브러시리스 모터에 사용되는 전자 장치는 필요 시 모터에 더 많은 전력을 공급할 수 있다는 것입니다.
브러시리스 모터는 이제 고급 전자 제어를 사용하기 때문에 부하 시 감속 시작 시점을 감지할 수 있습니다. 배터리와 모터가 온도 사양 범위 내에 있는 한, 브러시리스 모터 전자 장치는 배터리 팩에서 더 많은 전류를 요청하고 받을 수 있습니다. 이를 통해 브러시리스 드릴이나 톱과 같은 공구는 부하 시 더 높은 속도를 유지할 수 있습니다. 이는 공구의 속도를 높여주며, 일반적으로 훨씬 더 빠릅니다. 이러한 공구의 예로는 Milwaukee RedLink Plus, Makita LXT Advantage, DeWalt Perform and Protect 등이 있습니다.
이러한 기술은 도구의 모터, 배터리, 전자 장치를 하나의 응집력 있는 시스템으로 완벽하게 통합하여 최적의 성능과 런타임을 달성합니다.
정류(Commutation)는 충전 극성을 변경하여 브러시리스 모터를 시동하고 회전을 유지하는 것을 의미합니다. 다음으로, 속도와 토크를 제어해야 합니다. 속도는 BLDC 모터 고정자의 전압을 변경하여 제어할 수 있습니다. 더 높은 주파수에서 전압을 변조하면 모터 속도를 더 효과적으로 제어할 수 있습니다.
토크를 제어하기 위해 모터의 토크 부하가 일정 수준 이상으로 상승하면 고정자 전압을 낮출 수 있습니다. 물론, 여기에는 모터 모니터링과 센서라는 핵심 요건이 필요합니다.
홀 효과 센서는 로터의 위치를 감지하는 저렴한 방법을 제공합니다. 또한 타이밍 센서 스위칭 시간과 주파수를 통해 속도를 감지할 수도 있습니다.
편집자 주: 센서리스 브러시리스 모터란 무엇인가에 대한 기사를 읽고 고급 BLDC 모터 기술이 전동 공구를 어떻게 변화시키는지 알아보세요.
이러한 장점들이 결합되면 또 다른 효과, 즉 더 긴 수명이 생깁니다. 같은 브랜드의 브러시 모터와 브러시리스 모터(및 공구)의 보증 기간은 일반적으로 동일하지만, 브러시리스 모델의 경우 더 긴 수명을 기대할 수 있습니다. 일반적으로 보증 기간보다 몇 년 더 오래 사용할 수 있습니다.
전자 컨트롤러가 공구에 컴퓨터를 내장하는 것과 같다고 말씀드렸던 것 기억하시나요? 브러시리스 모터는 스마트 공구가 산업에 영향을 미치는 획기적인 발전이기도 합니다. 브러시리스 모터가 전자 통신에 의존하지 않았다면 밀워키의 원버튼 기술은 작동하지 않았을 것입니다.
케니는 근무 시간 동안 다양한 도구의 실질적인 한계를 심도 있게 탐구하고 차이점을 비교합니다. 퇴근 후에는 신앙과 가족에 대한 사랑이 그의 최우선 순위입니다. 보통 부엌에서 일하거나, 자전거를 타거나(그는 철인 3종 경기 선수입니다), 탬파 베이에서 낚시를 하러 사람들을 데리고 나가곤 합니다.
미국 전체에는 여전히 숙련된 인력이 부족합니다. 어떤 사람들은 이를 "기술 격차"라고 부릅니다. 4년제 대학 학위 취득이 "대세"처럼 보일지 모르지만, 미국 노동통계국의 최근 조사 결과에 따르면 용접공이나 전기 기술자와 같은 숙련된 산업이 다시 한번 [...]
2010년 초, 저희는 그래핀 나노기술을 활용한 더 나은 배터리에 대해 글을 쓴 적이 있습니다. 이는 미국 에너지부와 보르벡 머티리얼즈(Vorbeck Materials)의 협력 연구입니다. 과학자들은 그래핀을 사용하여 리튬 이온 배터리를 몇 시간이 아닌 몇 분 만에 충전할 수 있도록 개발하고 있습니다. 오랜 시간이 흘렀습니다. 아직 그래핀이 상용화되지는 않았지만, 최신 리튬 이온 배터리에 대한 소식을 전해드리겠습니다. […]
무거운 그림을 석고보드에 거는 것은 그리 어렵지 않습니다. 하지만 꼼꼼하게 해야 합니다. 그렇지 않으면 새 액자를 사야 할 테니까요! 단순히 벽에 나사를 조이는 것만으로는 충분하지 않습니다. [...]에 의존하지 않는 방법을 알아야 합니다.
120V 전선을 지하에 매설하는 것은 드문 일이 아닙니다. 창고, 작업장, 차고에 전력을 공급하고 싶을 수도 있습니다. 또 다른 일반적인 용도는 가로등이나 전기 도어 모터에 전력을 공급하는 것입니다. 어떤 경우든 [...]를 충족하기 위해 지하 배선 요건을 이해해야 합니다.
설명해주셔서 감사합니다. 많은 사람들이 브러시리스를 선호한다는 걸 보면 저도 오랫동안 궁금했던 부분입니다 (적어도 더 비싼 전동 공구나 드론을 옹호하는 논리로 사용되는 부분이죠).
컨트롤러가 속도도 감지하는지 궁금합니다. 동기화를 위해 속도 감지가 꼭 필요한 것 아닌가요? 자석을 감지(회전)하는 홀 소자가 있는지 궁금합니다.
모든 브러시리스 모터가 모든 브러시 모터보다 우수한 것은 아닙니다. Gen 5X의 배터리 수명이 중간 또는 고부하 조건에서 이전 모델인 X4와 어떻게 비교되는지 알고 싶습니다. 어쨌든 브러시는 거의 수명을 단축시키는 요인이 아닙니다. 무선 공구의 기본 모터 속도는 약 20,000~25,000rpm입니다. 윤활 처리된 유성 기어 세트를 통해 감속비는 고단 기어에서 약 12:1, 저단 기어에서 약 48:1입니다. 먼지가 많은 기류 속에서 25,000RPM의 로터를 지지하는 트리거 메커니즘과 모터 로터 베어링은 일반적으로 약점입니다.
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Pro Tool Reviews는 2008년부터 공구 리뷰와 업계 뉴스를 제공해 온 성공적인 온라인 출판사입니다. 오늘날 인터넷 뉴스와 온라인 콘텐츠가 넘쳐나는 세상에서, 점점 더 많은 전문가들이 주요 전동 공구를 구매하는 대부분의 방법을 온라인에서 검색하는 것을 볼 수 있습니다. 이러한 사실이 저희의 관심을 끌었습니다.
Pro Tool Reviews에 대해 꼭 알아두어야 할 중요한 점이 하나 있습니다. 저희는 전문적인 도구 사용자와 사업가를 위한 리뷰입니다!
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게시 시간: 2021년 8월 31일