전동기

3. 구성

3. 1. 회전자

3. 2. 고정자

3. 3. 기타 구성 요소

4. 종류

고정자와 회전자 사이의 공극은 회전자의 회전을 허용한다. 공극의 폭은 모터의 전기적 특성에 상당한 영향을 주는데, 큰 공극은 성능을 저하시키므로 일반적으로 가능한 한 작게 만든다. 반대로, 너무 작은 공극은 소음 외에도 마찰을 발생시킬 수 있다.^[1]

전동기는 매우 다양한 종류가 있다.

• 정류자 모터
• * 영구자석 여자형 정류자 모터
• * 전자석 여자형 정류자 모터
• ** 직권 정류자 모터
• ** 병렬권선 정류자 모터
• ** 복권 정류자 모터
• * 교류 정류자 모터
• 유도 전동기
• * 삼상 유도 전동기
• ** 다람쥐장 유도 전동기
• ** 권선형 유도 전동기
• * 단상 유도 전동기
• 동기 전동기
• * 영구자석 동기 전동기
• ** 무정류자 전동기
• * 히스테리시스 동기 전동기
• * 전자석 동기 전동기
• * 릴럭턴스 모터
• 스테핑 모터

4. 1. 회전자에 따른 분류

4. 2. 전류의 종류에 따른 분류

• 정류자 모터
• * 영구자석 여자형 정류자 모터
• * 전자석 여자형 정류자 모터
• ** 직권 정류자 모터
• ** 병렬권선 정류자 모터
• ** 복권 정류자 모터
• * 교류 정류자 모터
• 유도 전동기
• * 삼상 유도 전동기
• ** 다람쥐장 유도 전동기
• ** 권선형 유도 전동기
• * 단상 유도 전동기
• 동기 전동기
• * 영구자석 동기 전동기
• ** 무정류자 전동기
• * 히스테리시스 동기 전동기
• * 전자석 동기 전동기
• * 릴럭턴스 모터
• 스테핑 모터
• '''삼상 교류''': 상용 삼상 교류(120도씩 위상이 어긋난 정현파)를 3개 또는 그 배수의 코일에 공급하여 회전하는 자계를 발생시킬 수 있다.
• '''단상 교류''': 콘덴서를 사용하여 위상을 변화시킨 다른 한 상을 만들곤 한다.
• '''가변전압 가변주파수 제어 인버터에 의한 삼상 교류''': 상용 삼상 교류는 주파수가 일정하므로, 기동이나 속도를 바꾸기 위해 사용된다.
• '''직류 펄스''': 위상이 다른 펄스 전압을 별도의 코일에 공급한다. 스테핑 모터가 이에 해당한다.
• '''무정류자 전동기 (Brushless DC Motor)'''는 센서로 회전자 위치를 검출하여 그에 따라 직류 전류의 극성을 바꾸는 것이다.

4. 3. 기타 분류

• 정류자 전동기
• 영구자석 여자형 정류자 모터
• 전자석 여자형 정류자 모터
• 직권 정류자 모터
• 병렬권선 정류자 모터
• 복권 정류자 모터
• 교류 정류자 모터
• 유도 전동기
• 삼상 유도 전동기
• 다람쥐장 유도 전동기
• 권선형 유도 전동기
• 단상 유도 전동기
• 동기 전동기
• 영구자석 동기 전동기
• 무정류자 전동기
• 히스테리시스 동기 전동기
• 전자석 동기 전동기
• 릴럭턴스 모터
• 스테핑 모터

5. 특수 전동기

대부분의 전동기는 전기에 의해 자기장의 변화를 만들어내고, 그 자기장의 변화에 의해 회전력을 생성하는 것이 일반적이지만, 다음과 같이 다른 원리와 구조를 가진 특수한 전동기가 있다.

선형 모터는 회전식 전동기의 고정자에 해당하는 일직선으로 길게 뻗은 부분 위에 회전자에 해당하는 부분을 놓고, 자기장의 변화에 의해 직선 운동을 얻는 것이다. 선형 유도 전동기(LIM), 선형 동기 전동기(LSM), 선형 직류 전동기(LDM), 선형 스테핑 모터, 선형 압전 모터, 선형 정전 모터 등이 있다.

초음파 진동 모터

초음파 모터(超音波モーター)는 진동체의 변형에 의한 미세한 위치 변화를 마찰에 의해 회전 운동이나 직선 운동으로 바꾼다. 로렌츠 힘을 사용하는 기존의 모터와 비교하여 효율이 낮다.

압전 소자를 이용하는 압전 모터는 카메라의 초점 조절 외에도, 하이레졸루션 오디오용 이어폰의 초음파 대역을 재생하는 스피커 드라이버 등에 이용되고 있다.

진동 모터는 휴대전화 등에서 수신을 진동으로 알리는 목적으로 개발된 것이 있다. 소형의 경우, 회전자의 무게 중심이 치우쳐 만들어져 회전자 자신이 진동을 만들어내는 추가 되는 것이 있다.

6. 역사

1740년대, 스코틀랜드의 수도사 앤드루 고든과 미국의 실험가 벤자민 프랭클린이 제작한 간단한 정전기 장치가 최초의 전동기였다. 현대의 전자기 모터 이전에는 정전기의 힘으로 작동하는 모터(정전 모터)에 대한 실험이 이루어졌다.

1771년, 헨리 캐번디시가 그 이론적 원리를 발견했지만 발표하지 않았고, 1785년 쿨롱이 독자적으로 발견하여 발표했기 때문에 쿨롱의 법칙이라고 불린다. 실용적인 크기의 힘을 발생시키려면 고전압이 필요하기 때문에 정전 모터는 실용화되지 않았다.

1799년, 알레산드로 볼타가 화학 전지를 발명하면서 지속적인 전류를 만들어낼 수 있게 되었다.

1820년, 한스 크리스티안 외르스테드는 전류가 자기장을 만들고 자석에 힘을 작용한다는 것을 발견했다. 앙드레 마리 앙페르는 불과 몇 주 만에 전자기 상호 작용에 의한 기계적 힘의 발생을 기술한 앙페르의 법칙을 발표했다.

1821년, 영국의 과학자 마이클 패러데이가 전자기적 수단으로 전기에너지를 운동에너지로 변환하는 실험을 했다. 도선을 위에서 매달아 수은 풀에 약간 담그고, 그 위에 영구 자석을 놓았다. 그 도선에 전류를 흘리면 도선 주위에 원형 자기장이 발생하고, 자석 주위에서 도선이 회전한다.^[106] 이 실험은 학교의 물리학 수업에서도 자주 실시되지만, 독성이 있는 수은 대신 소금물을 사용하기도 한다. 이것은 단극 전동기라고 불리는 가장 단순한 형태의 전동기이다. 후에 이를 개량한 Barlow's Wheel도 있다. 이들은 실험용으로, 동력원으로서 실용적인 것은 아니었다.

1827년, 헝가리의 예드릭 아뇨시는 전자기 작용으로 회전하는 장치의 실험을 시작하여 그것을 "lightning-magnetic self-rotors"라고 불렀다. 그는 그것을 대학 교육에 사용했으며, 1828년에는 고정자, 전기자와 정류자라는 실용적인 직류 모터의 3대 요소를 갖춘 세계 최초의 실용적인 직류 전동기 실험에 성공했다. 그 고정 부분과 회전 부분 모두 전자석이었고, 영구 자석은 사용하지 않았다.^{[107][108][109][110][111][112]} 이 장치 또한 실험용으로 동력원으로 사용할 수 있는 것은 아니었다.

1832년, 영국의 과학자 윌리엄 스터전이 기계의 동력원으로 사용할 수 있는 세계 최초의 정류자식 직류 전동기를 발명했다.^[113]

1837년, 미국에서 토마스 다번포트와 그의 아내 에밀리가 상용화 가능한 수준의 정류자식 직류 전동기를 개발하여 특허를 취득했다. 이 전동기는 분당 최대 600회전으로, 인쇄기 등의 기계를 구동했다.^[114] 당시 전원은 전지밖에 없었고, 전극용 아연은 매우 고가였다. 그 때문에 다번포트 부부는 상업적으로 실패하여 파산했다. 다른 직류 전동기를 개발한 발명가들도 몇몇 있었지만, 모두 전원 비용 문제에 직면했다. 당시 전력망은 아직 존재하지 않았다.

1885년, 갈릴레오 페라리스에 의해 최초의 교류 정류자 없는 유도 전동기가 발명되었다.

1887년, 니콜라 테슬라는 최초의 실용적인 교류 전동기와 다상 송전 시스템을 발명하고, 1888년에 특허를 취득했다.

1895년, 시바우라 제작소(현재의 도시바)가 동광산 펌프용 6극 25마력(18.5kW)의 일본 최초의 2상 유도 전동기를 개발하였다.

1901년, 명전사가 1마력(0.75kW)의 3상 유도 전동기를 제조하였다.

1906년, 명전사가 독자적인 설계법으로 5마력(3.8kW) 이하의 3상 유도 전동기를 표준화하여 범용 전동기로서 본격 생산을 시작하였다.

7. 용도

전동기는 목적에 따라 여러 가지 성질의 동력 장치를 만들 수 있고, 다른 원동기에 비해 가볍고 소음이 덜하며 소형이다. 또 고장이 적고 유지보수가 간단하며 기동, 정지가 쉽다. 그리고 전력은 전선을 가설할 수 있는 곳에는 수송이 가능하며, 필요한 양을 끌어내어 사용할 수 있는 이점이 있다. 그런 까닭에 증기 기관차는 노면 전차, 전기 동력분산식 열차, 전기 기관차로 바뀌었고, 배기 가스가 없는 이점으로 지하철은 전기철도를 쓰는 것으로 바뀌었다. 더 나아가 고속철도가 개발되었다. 그리고 가정 전화(電化) 제품으로 쓰여 가사의 방법들을 일변시키게 되었다. 또 소형이고 간단히 장치할 수 있을 뿐 아니라 고속으로 회전하면서 그 성능도 안정성이 있고 고성능 기계를 만들 수 있게 되어 생산의 기계화 및 자동화를 촉진시켰다. 이런 이유로 이제는 석탄, 석유, 가스, 원자력, 수력으로써 공급되는 1차 에너지의 대다수는 일단 전기 에너지로 바뀐 다음 급전망을 통해서 공장이나 가정으로 배전되며 거기서 필요한 형태의 동력으로 변환되고 있다.

8. 사양

9. 손실

전동기의 손실은 입력 전력과 출력 일의 차이로 정의된다.

전동기의 손실은 다음과 같이 구분된다.

• 총 손실
• 정손실
• 철손: 히스테리시스 손실·와전류 손실
• 기계손: 베어링·냉각장치의 마찰손실·풍손
• 부하손실: 부하의 변동에 비례하여 발생하는 손실
• 저항손실 (동손): 전기저항이 있는 전도체에 흐르는 전류에 의한 줄손실
• 1차 저항손실: 고정자 권선에 의한 것
• 2차 저항손실: 회전자 권선에 의한 것
• 유동부하손실: 저항손실 이외의 부하손실

참조

_[1] 논문 On Some New Electro-Magnetical Motion, and on the Theory of Magnetism https://archive.org/[...] Royal Institution of Great Britain 2013-02-12
_[2] 서적 The Sixth Scottish University. The Scots Colleges Abroad: 1575 to 1799 Brill
_[3] 서적 Electrostatic Motors, Their History, Types, and Principles of Operation Electret Scientific Company
_[4] 논문 Electricity in the age of Enlightenment
_[5] 논문 The Big Jump from the Legs of a Frog
_[6] 논문 Revolving and Evolving – Early dc Machines
_[7] 뉴스 The birth of electric motion https://www.rigb.org[...] 2022-07-19
_[8] 학회발표 The Development of the Electric Motor http://www.sparkmuse[...] SparkMuseum 2013-02-12
_[9] 웹사이트 The first dinamo? http://www.traveltoh[...] travelhungary.com 2013-02-12
_[10] 서적 Le Magnétisme et l'Électricitée https://books.google[...] Macmillan and Co.
_[11] 논문 Anianus Jedlik Norman Lockyer 1896-04-00
_[12] 서적 Magnetism A Very Short Introduction. Oxford University Press
_[13] 웹사이트 Elektrische Maschinen in Kraftfahrzeugen http://www.fh-zwicka[...] 2013-02-13
_[14] 서적 Elektrisiermaschinen im 18. und 19. Jahrhundert – Ein kleines Lexikon University of Regensburg 2010-08-23
_[15] 웹사이트 History of Batteries (inter alia) http://www.mpoweruk.[...] Electropaedia 2010-08-23
_[16] 웹사이트 Battery and Energy Technologies, Technology and Applications Timeline http://www.mpoweruk.[...] Electropaedia 2013-02-13
_[17] ODNB Oxford Dictionary of National Biography
_[18] 서적 Patently Female: From AZT to TV Dinners, Stories of Women Inventors and Their Breakthrough Ideas John Wiley & Sons, Inc 2001-11-00
_[19] 서적 A History of Engineering and Technology: Artful Methods https://books.google[...] CRC Press 2009-05-07
_[20] 서적 Electrifying America: Social Meanings of a New Technology http://mitpress.mit.[...] The MIT Press
_[21] 웹사이트 Jacobi's Motor https://www.eti.kit.[...] Elektrotechnischen Instituts. Karlsruhe Institute of Technology 2017-05-14
_[22] 서적 Electricity and magnetism, translated from the French of Amédée Guillemin MacMillan
_[23] 논문 Anianus Jedlik https://books.google[...] Norman Lockyer 2010-08-23
_[24] 웹사이트 Technology and Applications Timeline http://www.mpoweruk.[...] Electropaedia 2010-05-28
_[25] 웹사이트 Elektrische Maschinen in Kraftfahrzeugen http://www.fh-zwicka[...] Falkutat der Kraftfahrzeugen 2009-03-22
_[26] 웹사이트 Elektrisiermaschinen im 18. und 19. Jahrhundert – Ein kleines Lexikon http://www.uni-regen[...] University of Regensburg 2004-03-31
_[27] 웹사이트 History of Batteries (and other things) http://www.mpoweruk.[...] Electropaedia 2010-06-09
_[28] 웹사이트 Exhibition on the History of Hungarian Science http://www.frankfurt[...] 2013-02-13
_[29] 웹사이트 Antonio Pacinotti http://ethw.org/Anto[...]
_[30] 웹사이트 The Power Makers: Steam, Electricity, and the Men Who Invented Modern America https://books.google[...]
_[31] 학회발표 Zénobe Théophile Gramme http://www.invent.or[...] 2012-09-19
_[32] 서적 Elementary Treatise in Physics https://archive.org/[...] William Wood and Co.
_[33] 서적 Elementary Treatise in Physics https://archive.org/[...] William Wood and Co.
_[34] 웹사이트 Photo of a traditional form of the St. Louis motor https://www.physics.[...]
_[35] 웹사이트 Buying an Energy-Efficient Electric Motor – Fact Sheet http://www1.eere.ene[...] USDoE
_[36] 논문 Account of the Repetition of M. Arago's Experiments on the Magnetism Manifested by Various Substances during the Act of Rotation https://archive.org/[...] 2012-12-02
_[37] 서적 Polyphase Electric Currents and Alternate-Current Motors https://archive.org/[...] E. & F.N. Spon 2012-12-02
_[38] 논문 A Mode of Producing Arago's Rotation https://books.google[...] Taylor & Francis 1879-06-28
_[39] 논문 Interpretation of a Discovery http://www.doiserbia[...] 2013-02-10
_[40] 서적 Empires of Light: Edison, Tesla, Westinghouse, and the Race to Electrify the World https://books.google[...] Random House 2004
_[41] 논문 The Development of ac Rotary Machines 2018
_[42] 논문 Atti della Reale Academia delle Science di Torino 1888
_[43] 웹사이트 Two-Phase Induction Motor http://www.fi.edu/le[...] The Franklin Institute 2012-12-02
_[44] 논문 The History of Induction Motors in America 1976
_[45] 서적 Icons of Invention: The Makers of the Modern World from Gutenberg to Gates https://books.google[...] ABC-CLIO, LLC 2012-09-10
_[46] 서적 Biographical Dictionary of the History of Technology https://books.google[...] Routledge 2012-12-02
_[47] 서적 The Froehlich/Kent Encyclopedia of Telecommunications Marcel Dekker 1992
_[48] 서적 The Foundations of Vacuum Coating Technology https://books.google[...] Random House 2003
_[49] 서적 Networks of Power: Electrification in Western society, 1880–1930 https://books.google[...] Johns Hopkins University Press 1983
_[50] 웹사이트 Timeline of Nikola Tesla http://www.teslasoci[...] Tesla Society of USA and Canada 2012-07-05
_[51] 서적 The Fundamentals of Nuclear Power Generation Questions & Answers. Authorhouse 2011
_[52] 웹사이트 150. Geburtstag von Michael von Dolivo-Dobrowolsky http://www.vde.com/d[...] Verband der Elektrotechnik, Elektronik und Informationstechnik 2013-02-10
_[53] 논문 Alternating current 1891
_[54] 웹사이트 This Axial-Flux Motor With a PCB Stator Is Ripe for an Electrified World https://spectrum.iee[...] 2022-04-26
_[55] 서적 Electric motors and drives: fundamentals, types and applications Newness 2019
_[56] 서적 Motors for Makers: A Guide to Steppers, Servos, and Other Electrical Machines https://books.google[...] Que 2015
_[57] 잡지 Permanent magnet vs. induction motors https://www.turbomac[...] MJH life sciences 2021-11-08
_[58] 웹사이트 Resin-Packed Motors https://www.nidec.co[...]
_[59] 서적 §7-1 'General Picture of a Synchronous Machine' in Sec. 7 – Alternating-Current Generators and Motors
_[60] 웹사이트 How belt drives impact overhung load http://designcenter.[...] Gates Corporation 2017-07-28
_[61] 서적 Electric Motor Control: DC, AC, and BLDC Motors https://books.google[...] Elsevier 2017
_[62] 웹사이트 Electric motor classification https://en.engineeri[...] 2021-05-31
_[63] 웹사이트 Variable Speed Pumping, A Guide to Successful Applications, Executive Summary http://www1.eere.ene[...] USDOE – Europump – Hydraulic Institute 2018-02-19
_[64] 학회발표 Electric Machines http://www.ece.ualbe[...] U. of Alberta 2013-02-20
_[65] 서적 §1.3.1.1 Motor Systematics in Chapter 1 – Introduction
_[66] 학회발표 High-Efficiency Variable-Speed Electric Motor Drive Technologies for Energy Savings in the US Residential Sector IEEE 2010
_[67] 학회발표 High-Efficiency Variable-Speed Electric Motor Drive Technologies for Energy Savings in the US Residential Sector IEEE 2010
_[68] 서적 §274–§287 'AC Commutator Motors' sub-section of Sec. 7 – Alternating-Current Generators and Motors
_[69] 서적 §274–§287 'AC Commutator Motors' sub-section of Sec. 7 – Alternating-Current Generators and Motors
_[70] 서적 Permanent Magnet Synchronous and Brushless DC Motor Drives https://books.google[...] CRC 2008
_[71] 서적 §2.1 Motors with Commutator in Chapter 2 – Motors with Continuous Rotation
_[72] 서적 The Electrical Engineering Handbook https://books.google[...] CRC Press
_[73] 웹사이트 Tokai University Unveils 100W DC Motor with 96% Efficiency http://techon.nikkei[...] Tech-On – Nikkei Electronics 2009-00-00
_[74] 웹사이트 Dyson vacuums 104,000 rpm brushless DC technology http://www.electroni[...] Electronics Weekly Magazine 2009-00-00
_[75] 웹사이트 Tesla Model 3 Motor – Everything I've Been Able To Learn About It (Welcome To The Machine) https://cleantechnic[...] 2018-06-18
_[76] 학회발표 §9–8 'Slip Ring Induction Motor Control' in Chapter 9 – A.C. Machine Control McGraw-Hill 480 pages
_[77] 학술지 Selection Criteria for Servo Motor Drives 1987-03-00
_[78] 웹사이트 Magnax prepares to manufacture radically high-powered, compact axial flux electric motor https://newatlas.com[...] 2018-05-30
_[79] 학회발표 Chapter 11 Fairmont Press, Inc.
_[80] 학술지 A High-Quality Digital X-Y Plotter Designed for Reliability, Flexibility and Low Cost http://www.hpl.hp.co[...] 1979-02-00
_[81] 서적 Ultra-fast Material Metrology https://books.google[...] John Wiley & Sons
_[82] 서적 Nanopositioning Technologies Springer International Publishing 2016-00-00
_[83] 웹사이트 Launch Assist Tethers http://www.tethers.c[...]
_[84] 서적 Conference Record of the 1990 IEEE Industry Applications Society Annual Meeting 1991-11-00
_[85] 학술지 The hysteresis motor –Advances which permit economical fractional horsepower ratings 1947-01-00
_[86] 학회발표 §9.3 'Hysteresis Motors' in Chapter 9 – Special Machines https://books.google[...] Technical Publications Pune
_[87] 웹사이트 Motoring Ahead http://www.lead-cent[...]
_[88] 웹사이트 Class Notes 1: Electromagnetic Forces http://web.mit.edu/c[...] MIT Dept of Electrical Engineering
_[89] 웹사이트 DC Motor Calculations, part 1 http://zone.ni.com/d[...] National Instruments 2011-11-30
_[90] 서적 §27 to §35A Electromagnetic Induction of EMF in Sec. 2 – Electric and Magnetic Circuits
_[91] 서적 Handbook of Fractional-Horsepower Drives https://books.google[...] Springer 2008-04-29
_[92] 서적 Small Electric Motors https://books.google[...]
_[93] 웹사이트 Magnax Yokeless Axial Flux Motor Promises 98 Percent Efficiency https://insideevs.co[...]
_[94] 웹사이트 Determining Electric Motor Load and Efficiency https://www.energy.g[...] U.S. Department of Energy
_[95] 웹사이트 E3 Product Profile: Electric Motors https://www.energyra[...] Governments of Australia and New Zealand 2013-09-00
_[96] 웹사이트 Traction motors｜Transportation Systems Products｜Transportation Systems｜Products Information｜Toyo Denki Seizo K.K. https://www.toyodenk[...]
_[97] 학술지 Linear electric machines – A personal view 1975-02-00
_[98] 학회발표 The "Goodness" of Small Contemporary Permanent Magnet Electric Machines http://vtb.engr.sc.e[...] IEEE 2003-06-01
_[99] 학회발표 Sensorless Real Time Control (RTC) IEEE 2012-09-00
_[100] 서적 Propulsion Systems for Hybrid Vehicles https://books.google[...] IET 2008-00-00
_[101] 서적 Power Electronics Handbook https://books.google[...] Butterworth-Heinemann
_[102] 서적 Electric Traction – Motive Power and Energy Supply: Basics and Practical Experience https://books.google[...] Oldenbourg Industrieverlag 2008-00-00
_[103] 웹사이트 Equipmake announces the world's most power-dense electric motor https://newatlas.com[...] 2020-03-04
_[104] 문서 모터 표기법에 대한 설명
_[105] 서적 Experimental Researches in Electricity
_[106] 웹사이트 spark museum http://www.sparkmuse[...]
_[107] 서적 Electricity and magnetism, translated from the French of Amédée Guillemin. Rev. and ed. by Silvanus P. Thompson MacMillan
_[108] 간행물 Nature
_[109] 웹사이트 Battery and Technology History Timeline http://www.mpoweruk.[...]
_[110] 웹사이트 http://www.fh-zwicka[...]
_[111] 웹사이트 http://www.uni-regen[...]
_[112] 웹사이트 Electrical Technology History http://www.mpoweruk.[...]
_[113] 서적 Oxford Dictionary of National Biography Oxford University Press
_[114] 서적 A history of engineering and technology https://books.google[...] CRC Press 2009-05-07
_[115] 웹사이트 http://www.frankfurt[...]
_[116] 간행물 電気の友
_[117] 백과사전 전동기 글로벌 세계 대백과