DC모터에 관하여

1. DC모터의 회전원리

DC모터의 기본구성을 그림 1에 나타냈다. 오측의 철심을 계자철심이라고 부르고 권선을 감고 전류를 흘려보내 자속을 발생시킨다. 내측은 그림에서처럼 전체 형체를 알기 쉽게 점선으로 표시한 베어링에 의해서 회전가능한 구조로 되어있고 이를 전기자라 한다. 이 전기자는 계자와 같은 재질의 철심으로 되어 있고 권선이 감겨져있다. 그림에서는 전기자건선을 보기 쉽게 X-Y-Z-W로 표시된 실선으로 1회전 분만 나타냈으나 실제의 직류 모터에는 수백회 감겨있다. 이 전기자권선의 시작점과 끝난 지점은 그림에서 보이는 바와 같이 전기자철심과 같은 축에 고정되어 회전하는 정류자(commutator)에 접속된다. 정류자는 고정대에 부착된 브러시에 접촉되어 전지와 같은 직류전원으로부터의 전류를 전기자가 일정한 방향으로 회전할 수 있도록 공급해준다. 그림 1에서 계자권선에 전류 If가 공급되고 있을 때, 모터의 회전에 따른 브러시와 정류자의 기능과 전기자권선으로 흐르는 전류 Ia의 방향 및 그 전류의 흐름에 의해 발생하는 현상에 대하여 한 단계씩 생각해 보기로 하자.

① 계자전류 If가 흐르게 되면 그림 2의 암페어의 오른나사의 법칙에 따라 도시한 방향으로 N극, S극이 발생한다.

② 이와 같이 자계가 발생하면 전기자 권선은 자계 중에 노출된다. 자계 속에는 자극 N으로부터 자극 S로 자속이라 불리우는 자기적인 선이 형성되며, 이 자속과 전류를 흐르는 도체 사이에는 유명한 플레밍의 왼손법칙에 의한 힘(전자력이라 한다)이 발생한다.

③ 플레밍의 왼손법칙에 의하면 그림 3과 같이 왼손의 엄지, 검지, 중지를 서로 직교시켜 펴고 검지를 자속 또는 자계의 방향, 중지를 전류의 방향에 일치시키면 전류가 흐르는 도체에는 엄지방향으로의 힘이 발생한다.

④ 그림 1에서는 한 쪽의 브러시 R로부터 정류자 M을 거쳐서 W→Z→Y→X로 전류가 흐르고, 정류자 N, 브러시 S를 경유하여 전지와 접속하고 있다.

⑤ 도체 W－Z와 도체 Y－X에 대해 플레밍의 왼손법칙을 적용하면 도체 W－Z에는 아랫방향으로 도체 Y－X에는 윗 방향으로 힘이 작용하여 전기자권선을 시계방향으로 회전시키는 토크가 발생한다.

⑥ 이 시계방향의 토크에 의해 전기자권선이 회전하나 정확히 자계방향과 직각의 위치에 오면 브러시 R에 접촉하는 정류자가 M에서 N으로 변한다. 이 결과 도체 Y－X에 아랫방향으로 향하는 힘, 도체 W－Z에 윗 방향으로 향하는 힘이 작용하게 되므로 전기자 권선은 항상 시계방향의 토크를 계속해서 발생할 수 있다.

⑦ 이상의 설명으로부터 명백하듯이 계자전류 If의 방향을 바꾸든지 전기자전류 Ia의 방향을 바꾸든지 어느 한쪽을 바꾸면 회전방향은 역전한다. If, Ia의 양쪽의 방향을 동시에 바꾸면 원래와 같은 방향으로 회전한다(즉 역전하지 않는다).

2. 브러시와 정류자의 작동

D…(생략)