모터는 라틴어 'MOTO'에서 유래한 원동기로, 에너지를 받아 기계적인 움직임으로
변환하는 장치입니다. 넓은 의미로 전기모터, 내연기관 등이
해당하지만, 한국에서는 주로 전동기를 뜻합니다. 전동기는
플레밍의 왼손 법칙을 응용하여 전기에너지를 기계적 운동으로 바꾸는 장치이며, 회전자와 고정자로 구성됩니다. 한편, 액츄에이터는 원하는 동작을 구현하는 '시스템'으로, 모터가 '원동기'인 반면 액츄에이터는 모터와 동력 변환 장치까지 포함하는
개념입니다. 때로는 모터 자체가 액츄에이터가 되기도 합니다.
1.모터(Motor)의 원리
라틴어의 “MOTO”(움직이다)에서
온 단어로 에너지를 받아들여 “일”을 하는 원동기, 즉 엔진을 뜻한다. 형태를 막론하고 에너지를 공급받아 이를 어떤
기계적인 움직임으로 변환하는 잔치면 전부 모터라고 부를 수 있다.
공급되는 에너지의 형태가 전기, 열,
탄성까지 매우 다양해서 전기모터에서부터 시작해서 로켓이나 내연기관까지 전부 모터라고 부를 수 있다.
반대로 같은 운동에너지를 받아서 방향만 바꿔 출력하는, 예를 들어 물레방아나 마차와 같은
것은 기계적인 움직임의 근원이라고 볼 수 없으므로 모터라고 부르지 않는다.
다만 한국에서 모터라고 하면 전기모터 즉 전동기를 의미한다. 영어에서는
자동차를 모터 카 (Motor Car)나 모토 비히클(Motor
Vichcle), 오토바이를 모터 사이클(Motor Cycle) 이라고 부르는 등 좀 더
넓은 의미의 원동기로서 엔진과 거의 동격의 뜻을 가지는 경우가 많다.
2. 전동기(Electric Motor)의 기초
전류가 흐르는 자기장 속에서 받는 힘을 이용하여 전기 에너지를 기계적인 운동으로 바꾸며 전동기라고도 한다. 전기 모터는 플레밍의 왼손 법칙을 응용한
엔진이다. 거의 모든 엔진들은 열기관으로 열원을 이용해 압력을 발생시켜 그 힘으로 일을 하는데 비해
전기 모터는 열기관이 아니라는 점에서 독특한 엔진이다.
전기 모터는 회전자 (로터rotor)와
고정자 (스테이터stator)로 구성되며 영구자석이나 전자석이
생성하는 자기장을 형성할 때 발생하는 힘 (로렌츠 힘)으로
일을 하는 장치이다.
영구자석 전동기는 영구자석의 자기력이 강할수록 성능이 좋다. 그래서
고성능의 영구자석 전동기는 현존하는 최고 성능의 영구자석인 네오디뮴 자석을 넣는다.
모터를 고정시킨 채로 내버려두면 터진다. 정상적으로 회전하고 있을
때에는 모터의 코일이 회전하면서 발생하는 역기전력이 전류를 제한하여 터지지 않는다. 하지만 모터가 어디에
걸려 정지해 있다면 역기전력이 없어져서 전류가 과도하게 흘러 모터가 터질 수 있다. 실제로 모터가 들어간
기계가 고장나는 주된 원인 중 하나가 모터가 과도한 힘을 받아 전류가 과도하게 흘러 코일이나 회로가 손상을 입은 경우가 많다. 서보 모터나 스테퍼 모터 같이 정지한 상태를 유지해야 하는 모터는 대부분 제대로 된 모터 드라이버가 필요하다.
모터가 처음 기동할 때 많은 전류가 흐른다. 이 기동 전류를 제한하여
주기 위해 사용하는 부품이 소프트 스타터이다. 자동차의 파워 스티어링용 모터는 핸들을 돌릴 때에 맞춰서
토크를 내는 역할을 한다. 때문에 모터가 거의 회전하진 않아서 역기전력이 거의 없기 때문에 미 시스템은
엄청난 전류를 사용한다. 하지만 모터 드라이버가 전압을 적정 수준으로 제한하기 때문에 전력소비가 생각보다는
크지 않으며, 안전한 사용이 가능하다.
*** 국어 사전에서 엔진과 모터의 정의
|
엔진: 열에너지, 전기에너지,수력에너지
따위를 기계적인 힘으로 바꾸는 장치. 주로 열에너지를 이용하는 열기관을 이른다. 유의로는 기관, 동력기, 모터이다. 모터: 내연기관, 증기기관, 수력 원동기 따위의 동력 발생기를 통틀어 이르는 말. |
3. 액츄에이터 (Actuator)와의 구분
액츄에이터는 어떤 동작을 일으키는 장치를 뜻하며 우리말로는 흔히 구동기 또는 작동기라고 부른다. 의미가 모터와 비슷해서 모터와 액츄에이터를 혼동하는 경우가 많은데, 모터는
“원동기”라는 의미가 강하지만 액츄에이터는 원하는 움직임을
구현하는 “시스템”의 의미가 강하다.
직선 운동하는 자동문과 자동문을 구동하지 위한 원동기는 일반적으로 “회전”운동을 한다. 일반적으로 ‘원동기만
가지고 직선운동을 만들기 보다는 웜 기어 등으로 회전운동을 직선운동으로 바꿔줌으로써 자동문의 직선운동을 구현하게 되는데, 이때의 움직임의 근원이 되는 전기모터가 모터가 되고 모터와 기어를 모두 포함하여 시스템이 필요로 하는 기계적인
움직임으로 변환하는 구동 시스템이 액츄에이터가 된다.
자동차와 같이 원동기와 최종 출력 사이에 어떤 동력 변환이 필요한 경우에도 액츄에이터와 모터가 분리된다. 엔진의 운동과 자동차가 필요로 하는 바퀴의 운동은 “회전”이므로 운동의 형태는 비슷하지만 엔진과 바퀴 사이에는 동력을 적절하게 분배하기 위한 파워트레인과 회전력의 특성을
제어하기 위한 변속기도 필요하다. 이 때 내연기관 엔진이 모터가 되고,
엔진과 파워트레인, 변속기 등을 포함한 바퀴 구동 시스템이 액츄에이터다.
이들이 자주 혼동되는 까닭은 모터가 곧 액츄에이터가 되는 시스템이 많이 있기 때문이다. 선풍기는 회전 운동하는 모터가 바로 팬을 돌려서 바람을 만드는 게 그렇다. 이런
경우는 모터가 액츄에이터라고 하면 된다. 시스템이 필요로하는 기계적 운동을 모터가 별동의 변환 없이
바로 만들 수 있으므로 모터가 액츄에이터이다.
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