모터의 원리

모터는 플레밍의 왼손법칙에 따라 전자기장의 에너지를 운동에너지로 변환해 주는 것입니다. 전자기장에서는 전류의 방향, 자기력의 방향, 힘의 방향이 서로 직교하는 것으로 표현할 수 있는데 왼손의 중지를 전류의 방향, 검지를 자계의 방향,엄지를 힘의 방향을 나타낸다고 보면, 3가지의 방향 중에서 한가지를 알면 나머지의 방향은 손가락을 보고서 알 수 있습니다. 근본적으로 자기장 속에서 도체가 놓여있을 때, 이 도체가 어떤 방향으로든지 운동을 하면 도체내부에는 전류가 유기되어 흐릅니다. 반대로 도체 내에 전류를 흘리면 특정한 방향으로 힘을 받아 운동하려고 합니다. 이러한 전자기적 원리를 이용하여 인위적으로 자기장을 형성하고, 도체를 구성한 후 전류를 공급하면 이 도체가 운동을 하는데 이것을 바로 모터라고 합니다. 도체가 축을 중심으로 회전운동을 하도록 하면 일반적으로 말하는 모터이며, 직선적으로 움직이면 리니어(linear) 모터라고 합니다.

자계를 형성하는 방법으로는 영구 자석을 사용하거나 권선 궤자에 전류를 흘려 전자석으로 만들어 사용하는 것이 있습니다.

플레밍의 왼손 법칙

모터의 원리

자계속을 흐르는 전류가 전자력을 받는 것을 살펴보았다. 이 전자력을 교묘하게 응용한 것이 모터이다.

모터는 회전력(回轉力)을 발생시키는 기계로, 흔히 전동기(電動機)라고 부르기도 한다. 좀더 학술적으로 말하면 전기적 에너지를 역학적 에너지로 바꾸는 장치이다. 공장이나 가정에서 널리 쓰이고 있는데, 가전 제품의 90% 이상이 모터의 힘을 빌리고 있을 정도이다.

그런데 이 모터는 발명된 것이 아니라, 기계조작의 실수로 우연히 발견한 것이다.

1873년 빈에서 세계박람회가 열렸을 때의 이야기이다. 이때 여러대의 발전기가 전시되어 증기기관으로 그 발전기들을 돌려 발전하고 있었다. 그런데 조수 한사람이 배선을 잘못해서 발전중인 발전기와 정지중인 발전기를 접속해 버렸다.

그러자 정지중인 발전기가 갑자기 돌기 시작했던 것이다. 깜짝 놀란 담당자들은 여기에서 힌트를 얻어 모터의 원리를 고안해냈다고 한다. 즉 모터는 발전기와 같은 구조면 된다는 것을 알게 되었던 것이다.

모터에도 여러 가지 종류가 있지만 여기에서는 가장 기본적인 직류모터에 대해서만 살펴보기로 한다.

직류 모터는 그림에서처럼 고정된 자계속에 전기자(電氣子一回轉子라고도 한다)인 코일을 놓고 그 코일에 브러시 즉, 정류자(整流子)를 통해 직류를 흘린다.

그림의 왼쪽에서 전기자 a의 부분에 플레밍의 왼손법칙을 적용시키면 위 방향으로 힘이 작용한다.

마찬가지의 원리로 전기자 b의 부분에서는 아래쪽으로 힘이 작용하여 전기자는 회전하게 된다.

가운데 그림에서처럼 전기자가 수직으로 되면 전류는 흐르지 않게 되지만 관성 때문에 전기자는 회전을 계속한다.

전기자가 반회전(半回轉)해서 오른쪽 그림의 위치에 오면 전기자 a, b부분이 왼쪽 그림과 반대로 된다. 그러나 정류자에 의해 전류가 반대방향으로 흐르기 때문에 전기자는 같은 힘을 받아 회전을 계속한다.

그런데 실제이 모터에서는 영구자석을 전자석으로 하는 경우가 많고, 전기자는 철심(鐵心)에 코일을 많이 감아서 만들고 있다.