정류자와 브러시

모터의 핵심 부품 : 정류자와 브러시

 

 

안녕하세요. 스칸디대디 엔지니어 입니다.

 

 

전기 모터는 우리의 일상에서 다양하게 사용되고 있습니다. 최근에는 BLDC모터가 많이 사용되고 있지만, 여전히 전동 공구, 가전제품, 자동차 등 각종 산업용 모터나 가전 모터에서 브러시드 DC모터(Brushed DC Motor)가 사용되고 있습니다.

 

브러시드 DC 모터는 구조가 간단하고 사용이 편리하며 BLDC 모터 대비 저렴한 가격으로 많은 산업 분야에서 활용됩니다. 이러한 브러시드 DC 모터의 핵심 요소 중 하나가 바로 정류자(Commutator)와 브러시(Brush)입니다. 이 두 가지 부품이 어떻게 작동하며, 모터에서 어떤 역할을 하는지 알아보겠습니다.

 

 

1. 정류자(Commutator)란?

1) 정류자의 정의

정류자(Commutator)는 브러시드 DC모터에서 전류의 방향을 주기적으로 바꿔주는 역할을 하는 부품입니다. 모터가 계속 회전하기 위해서는 로터(회전자)에 흐르는 전류의 방향이 적절한 시점에 반전되어야 합니다. 이 역할을 수행하는 것이 바로 정류자입니다.

 

2) 정류자의 구조

정류자는 구리 도체 조각(세그먼트)들로 이루어진 원형 구조로, 모터의 회전자 축에 부착되어 있습니다. 각 세그먼트는 로터 코일과 연결되어 있으며, 브러시와 맞닿아 전류를 전달합니다.

 

3) 정류자의 역할

- 전류의 방향 변환 : 브러시와 접촉하면서 전류의 흐름을 바꾸어 모터가 연속적으로 회전하도록 만듭니다.

- 자기장과의 상호작용 유지 : 전류가 반전되면서 자기장과 지속적으로 상호작용하여 로터가 일정한 방향으로 회전하게 됩니다.

 

정류자

 

2. 브러시(Brush)란?

1) 브러시의 정의

브러시(Brush)는 정류자와 접촉하여 전류를 공급하는 부품으로, 탄소(Carbon) 또는 금속으로 만들어집니다. 브러시는 정류자의 회전에 따라 계속 마찰을 일으키면서 전류를 전달하는 중요한 역할을 합니다.

 

2) 브러시의 역할

- 전력 공급 : 외부 전원에서 로터로 전류를 전달하는 매개체 역할을 합니다.

- 정류 과정 지원 : 정류자와 접촉하여 로터 코일의 전류 방향이 적절한 시점에 반전되도록 돕습니다.

 

3) 브러시의 한계

브러시드 DC모터를 장기간 사용하려면 정류자와 브러시의 상태를 주기적으로 점검해야 합니다.

- 브러시 교체 주기 확인 : 모터가 회전하면서 브러시와 정류자가 맞닿는 면이 마모되면 전류 전달이 원활하지 않아 성능이 저하됩니다. 일정 주기마다 점검하고 교체해야 합니다.

- 정류자 표면 청소 : 정류자 표면이 더러워지거나 산화되면 접촉 저항이 증가하여 모터 성능이 저하됩니다. 깨끗한 천과 알코올을 이용해 정기적으로 닦아주는 것이 좋습니다.

- 모터 소음 및 스파크 점검 : 브러시와 정류자가 마모되면 스파크가 발생할 수 있으며, 이는 모터의 이상 소음을 발생하고 수명을 단축시킬 수 있습니다.

 

이러한 한계점으로 인해, 브러시리스 DC모터(BLDC, Brushless DC Motor)가 개발되었으며, BLDC 모터는 전자 회로를 사용하여 정류 과정을 수행합니다.

 

카본 브러시

 

3. 결론

브러시드 DC 모터에서 정류자와 브러쉬는 필수적인 부품으로, 전류 방향을 조절하고 모터가 지속적으로 회전하도록 돕는 역할을 합니다. 하지만 마찰과 마모로 인해 주기적인 유지보수가 필요하며, 이러한 단점을 개선한 브러시리스 DC 모터(BLDC)가 점점 더 많이 사용되고 있습니다. 다음 시간에는 브러시드 DC모터와 BLDC 모터에 대해서 알아보도록 하겠습니다.

 

브러시드 DC모터 구조(출처. www.electrical4u.com)