1 개요
[[파일:/data33/2008/7/8/289/%C1%F7%B7%F9%C0%FC%B5%BF%B1%E2%C0%C7_%C8%B8%C0%FC_%BF%F8%B8%AE_6l0ld.jpg]]
원리는 다음과 같다. 전압을 가하면 브러쉬와 정류자를 통해 회전자 도선 속에 전류가 흐른다. 이 때 흐른 전류가 주변 자석(고정자)와 상호작용하여, 플레밍의 왼손 법칙에 의해 힘이 생겨난다. 이 힘에 의해 회전자가 계속해서 돌아간다. 가하는 전압에 돌림힘이 정비례하는 지라, 전압만 조절하는 것만으로 속도와 돌림힘을 원하는대로 조절할 수 있다.
2 구조
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직류 전동기의 주요 부분으로는 계자(자석), 전기자, 정류자, 브러쉬가 있다.
- 계자(Field magnet)
- 자속을 만들어주는 부분이다. 공극[1]을 사이에 두고 전기자와 함께 자기회로를 구성한다. 영구자석을 이용하거나 전자석을 이용한다. 영구자석을 이용하면 별도의 권선없이 자속을 만들어 낼 수 있지만 자속을 제어하지 못하여 속도조절이 힘들 수 있다. 반면 전자석을 이용하면 별도의 권선이 필요하지만 전자석으로 흐르는 전류를 조절하여 전동기의 속도를 제어할 수 있는 장점이 있다. 계자도 세부적으로는 계철, 자극편, 계자 철심 및 계자 권선으로 되어 있다.
- 전기자(Armature)
- 계자가 만들어낸 자속을 끊어내어 플레밍의 왼손 법칙에 의해 회전하는 부분. 전동기에 전원을 공급해주면 전동기가 회전하는 데, 이때 전원의 전류가 흐르는 곳이 바로 이 전기자이다. 공급하는 전류가 직접 흐르는 곳이기 때문에 대용량일수록 선이 굵고 복잡하다. 보통 직류전동기에서는 전기자가 전동기의 회전축과 연결되어 회전한다.
- 정류자(Commutator)
- 외부로부터 들어오는 직류전류를 교류전류로 바꾸어주는 장치이다. 교류 전류로 바꾸어주는 이유는 전동기는 전류의 방향이 수시로 바뀌면서 플레밍의 왼손 법칙에 의한 힘도 수시로 바뀌어야 회전하기 때문이다. 이렇게 바뀐 교류전류를 전기자에 공급한다. 전기자와 연결되어 있으므로 전기자가 회전하면 같이 돈다. 회전하는 정류자는 가만히 있는 브러쉬와 접촉하게 되는데, 이때 브러쉬와의 마찰과 불꽃으로 인해 고온이 발생하므로 전기적으로나 기계적으로나 튼튼하게 만들어야한다.
- 브러쉬(Brush)
- 정류자와 접촉하여 전동기 내부회로와 외부회로를 연결하는 부분이다. 종류로는 탄소 브러쉬, 흑연 브러쉬, 전기 흑연 브러쉬, 금속 흑연 브러쉬 등이 있다.
3 기타
보통 브러쉬모터와 브러쉬가 없는 브러쉬리스(Brushless) 모터(일명 BLDC 모터)로 나뉜다. 다만 오해해선 안 되는 것이 브러쉬리스 모터는 직류 모터인 척 하는 교류 모터이다.[2] 초창기에는 브러쉬가 있는 모터가 주로 쓰였다.
브러쉬 모터는 전원만 빵빵하다고 끝 없이 돌릴 수 있는 게 아니다. 브러쉬에 맞닿은 정류자가 계속해서 돌기 때문이다. 마찰이 심해서 속도를 늘리는데도 한계가 있고, 그 과정에서 브러쉬가 닳아버린다. 이는 모터 수명도 짧아지고 분진이나 소음 고조파같은 각종 문제를 낳는다. 보면 알겠지만 대부분 브러쉬가 만악의 근원이다. 때문에 공학자들은 브러쉬가 없는 모터를 발명하여, 브러쉬가 있었을 때 가졌던 수많은 단점들을 개선했다.
이후에 만들어진 BLDC 모터, PMSM, 동기모터 따위를 알고 싶다면 교류전동기 참조.