브러시 모터와 브러시리스 모터: 주요 차이점, 효율성 및 선택 방법

2kW 전기 오토바이나 소형 모바일 로봇의 구동 사양을 최종 결정하고 있다고 상상해 보십시오. 브러시형 DC 모터의 가격은 40달러입니다. 브러시리스 모터와 전자 컨트롤러의 가격은 95달러입니다. 초기 가격만 보면 브러시드 모터가 합리적으로 보입니다. 그러나 유지 관리 간격, 열 손실, 1,000~3,000시간의 브러시 수명을 고려하면 총 소유 비용의 방향이 달라집니다. 대부분의 전기 이동성 및 자동화 플랫폼에서는 브러시리스 모터가 실용적인 선택입니다.

브러시형 모터와 브러시리스 모터는 모두 전기 에너지를 회전으로 변환하지만 동일한 방식으로 작동하지는 않습니다. 선택은 무엇이 좋은지에 관한 것이 아닙니다. 그것은 당신이 무엇을 거래할 의향이 있는지에 관한 것입니다.

브러시 모터와 브러시리스 모터를 실제로 구분하는 것은 무엇입니까?

브러시 모터에서 카본 브러시는 기계식 정류자를 타고 회전자가 회전할 때 물리적으로 전류를 전환합니다. 이러한 접촉은 마찰, 아크 및 전기적 소음을 발생시킵니다. 브러시리스 모터에서는 영구 자석이 회전자에서 회전하고 고정자 코일이 전자적으로 전환됩니다. 물리적인 전류 전환 접점이 없으므로 모터가 더 시원하고 조용하게 작동할 수 있습니다.

이 차이는 시스템 아키텍처도 변경합니다. 브러시 모터는 간단한 PWM 컨트롤러로 구동할 수 있는 반면, 브러시리스 모터에는 회전자 위치를 알고 위상 전류의 순서를 지정하는 전자 컨트롤러가 필요합니다. 컨트롤러는 부드러움, 토크 및 보호를 결정하는 구성 요소가 됩니다.

브러시 정류는 모터의 속도 범위를 제한합니다. 기계적 전환은 브러시 위치에 따라 달라지며, 높은 rpm에서는 브러시 접촉이 튕겨져 아크가 발생하고 빠른 마모가 발생할 수 있습니다. 브러시리스 모터는 이러한 기계적 타이밍을 회전자 위치 센서 또는 센서리스 백 EMF에서 계산된 전자 정류로 대체합니다. 이는 더 넓은 속도 범위와 더 부드러운 토크 제어를 가능하게 합니다.

효율성과 발열: 가장 큰 운영상의 차이

효율성은 측정할 수 있는 방식으로 두 모터 유형이 분기되는 첫 번째 지점입니다. 일반적인 브러시 모터는 전기 에너지의 75~85%를 샤프트 동력으로 변환합니다. 브러시리스 시스템은 일반적으로 85~95%에 이릅니다. 손실된 에너지는 열이 됩니다. 브러시 모터에서는 브러시-정류자 경계면에서 열이 발생하며 이로 인해 회전자와 하우징의 온도가 상승하는 경우가 많습니다.

제한된 배터리 팩을 장착한 차량의 경우 효율성의 10% 포인트 차이는 단지 사양서의 숫자가 아닙니다. 주행 범위를 확장하거나 라디에이터 크기를 줄일 수 있습니다. 또한 더 시원한 작동 범위를 통해 경감 없이 더 높은 연속 전력을 공급할 수 있습니다.

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여기서 올바른 컨트롤러를 선택하는 것이 중요합니다. 고효율 브러시리스 컨트롤러는 스위칭 손실을 줄이고 모터가 최적의 토크 속도 영역 근처에서 작동하도록 돕습니다.

열적 거동도 피크 출력에 영향을 미칩니다. 브러시 모터는 열을 관리하기 위해 더 큰 프레임이나 외부 팬이 필요한 경우가 많은 반면, 브러시리스 모터는 더 작은 패키지로 동일한 연속 토크를 제공할 수 있습니다. 전기 오토바이의 경우 이러한 차이로 인해 전체 무게가 줄어들고 핸들링이 향상될 수 있습니다. 로봇 섀시의 경우 배터리와 페이로드를 위한 공간이 더 많이 남아 있습니다.

수명, 유지 관리 및 총 소유 비용

브러시 수명은 어려운 절충안입니다. 브러시는 정류자를 물리적으로 문지르기 때문에 마모됩니다. 일반적인 산업 용도에서 브러시 모터는 브러시를 교체하거나 정류자 표면을 재포장해야 하기 전까지 1,000~3,000시간 동안 작동할 수 있습니다. 브러시리스 모터는 일반적으로 10,000~30,000시간 이상에 도달하며 실제 한계는 전기 부품이 아닌 베어링에 의해 설정되는 경우가 많습니다.

이에 따라 유지 관리 예산 책정 방식이 변경됩니다.

• 브러시 모터에는 정기적인 브러시 교체, 예비 부품 및 노동 시간이 필요합니다.
• 브러시리스 모터는 가장 일반적인 마모 요소를 제거하므로 서비스 간격을 연장할 수 있습니다.
• 무인 또는 원격 장비에서는 유지 관리 요구 사항이 줄어들어 예상치 못한 가동 중지 시간이 발생할 가능성이 낮아집니다.

5년간의 소유 비용을 비교해 보면 브러시리스 시스템이 더 높은 구매 가격을 회수하는 경우가 많습니다. 투자 회수 금액은 듀티 사이클, 주변 온도, 서비스 방문 비용에 따라 달라집니다.

또 다른 비용 요소는 예비 부품 물류입니다. 여러 대의 로봇이나 차량을 운영하는 경우 각 브러시 모터에 대한 교체용 브러시, 스프링 및 툴링 재고를 유지하는 것은 차량 규모에 따라 확장되는 간접비입니다. 브러시리스 모터는 마모 항목이 훨씬 적고 전자 컨트롤러가 오류를 기록할 수 있어 진단 속도가 더 빨라집니다.

컨트롤러 매칭이 브러시리스 성능을 결정하는 이유

브러시리스 모터의 성능은 컨트롤러만큼 우수합니다. 컨트롤러는 원활한 전자 정류, 전류 감지, 과전류 보호, 열 보호 및 재생 경로를 제공해야 합니다. 컨트롤러가 모터의 위상 저항, 인덕턴스 및 역기전력 상수와 일치하지 않으면 시스템이 과열되거나 소음이 발생하거나 저속에서 토크가 손실될 수 있습니다.

공급업체의 애플리케이션 지원이 중요한 부분이 바로 여기입니다. 컨트롤러를 모터에 맞추는 것은 플러그 앤 플레이 추측이 아닌 실용적인 엔지니어링 작업입니다.

드라이브 시스템용 컨트롤러 및 모터 페어링 솔루션 이 페어링 방식은 컨트롤러와 모터를 일치시키는 기술 지원과 내장형 소프트웨어를 제공하여 다양한 전기 플랫폼 전반에 걸쳐 가속, 실속 동작 및 효율성을 향상시킵니다. 제품보기 →

최신 컨트롤러에는 가속, 실속 동작 및 효율성에 영향을 미치는 소프트웨어도 내장되어 있습니다. 많은 경우 펌웨어는 하드웨어보다 더 많은 작업을 수행합니다. 더 넓은 추세를 볼 수 있습니다. 최신 모터 컨트롤러의 소프트웨어 , 여기서 컨트롤러는 단순한 스위치가 아닌 프로그래밍 가능한 에너지 관리 장치가 되고 있습니다.

찾아야 할 주요 컨트롤러 기능은 다음과 같습니다.

1. 빠른 응답 시간으로 위상 전류 제한.
2. 과전압 및 저전압 보호.
3. MOSFET 및 모터 권선의 온도 모니터링.
4. 부드러운 시작 및 중지 프로필.
5. 모터의 역기전력에 정류 각도를 일치시키는 기능.

각 모터 유형이 적합한 경우

브러시 모터는 저비용, 저전력 또는 단기 애플리케이션에 여전히 유용합니다. 간헐적으로 사용하는 전동 공구, 소형 액추에이터, 단순한 장난감은 긴 브러시 수명을 요구하지 않습니다. 이러한 경우 브러시 모터는 유효한 엔지니어링 결정입니다.

전기 오토바이, ATV, UTV, 보트 선외기 및 로봇 섀시의 경우 요구 사항이 다릅니다. 이러한 플랫폼에는 높은 토크 밀도, 조용한 작동, 열 헤드룸 및 긴 서비스 수명이 필요합니다. 이것이 바로 이 부문의 대부분의 제조업체가 브러시리스 토폴로지를 선택하는 이유입니다.

소형 추진 시스템용 전기 허브 모터 이 브러시리스 허브 모터는 휠에 직접 통합되어 전기 오토바이, ATV 및 로봇 플랫폼에 높은 토크 밀도와 조용한 작동을 제공합니다. 제품보기 →

허브 모터에서는 브러시리스 구조를 통해 브러시형 모터에 비해 공간 및 소음 저하 없이 모터를 휠에 직접 통합할 수 있습니다. 그 결과 민첩한 소형 차량과 로봇 플랫폼을 위한 더 깨끗하고 컴팩트한 추진 패키지가 탄생했습니다.

저속 전기 스쿠터에서는 듀티 사이클이 짧고 사용자가 근처에 있기 때문에 브러시 모터가 여전히 일반적입니다. 언덕에서 매일 사용되는 전기 오토바이에서는 브러시 모터로 인한 열 축적이 실질적인 제한이 될 수 있습니다. 적합한 컨트롤러와 결합된 브러시리스 모터는 토크를 더 오래 유지하고 제동 중에 에너지를 회수합니다. 이는 주행 거리, 배터리 수명, 라이더 자신감에서 나타나는 실질적인 차이입니다.

최종 권고사항

듀티 사이클이 짧고 속도가 낮으며 전력 요구 사항이 적고 구매 가격이 주요 제약 사항인 경우 브러시 모터를 선택하십시오. 긴 수명, 낮은 소음, 엄격한 온도 제어 또는 긴 유지 관리 간격이 필요한 경우 브러시리스 모터를 선택하십시오. 전기 이동성 및 자동화 분야에서 브러시리스 경로는 지속적으로 더 나은 시스템 가치를 제공합니다.

모터를 구입하기 전에 공급업체에 문서화된 효율성 곡선, 그에 맞는 컨트롤러 권장 사항, 정지 또는 고온 조건에서 장치가 어떻게 작동하는지에 대한 명확한 답변을 요청하십시오. 브러시 모터와 브러시리스 모터의 차이점은 교육 매뉴얼의 다이어그램에만 있는 것이 아닙니다. 이는 구매 비용이 저렴한 드라이브와 소유 비용이 저렴한 드라이브의 차이입니다.

또한 침투 방지 및 커넥터 유형에도 주의를 기울이십시오. 브러시리스 모터의 컨트롤러는 습기와 진동을 차단할 수 있는 곳에 장착해야 합니다. 공급업체는 컨트롤러의 케이블 길이, IP 등급 및 최대 주변 온도를 제공해야 합니다. 이러한 세부 사항은 많은 실제 설치에서 브러시 사용 여부에 대한 논쟁보다 더 중요합니다.