토크란? 직류 모터에 걸리는 토크 계산 방법(DC, Torque)

 

목차

 

 

 

 

 

토크란? (Torque)

 

토크란 회전력, 돌림힘을 나타내는 물리량입니다. 

 

By Yawe - Own work, Public Domain

 

위 그림에서 토크는 τ 로 표기하고 갈색이 막대의 길이 (r)을 의미하고 힘은 (F)입니다.

즉, 토크는 힘 x 막대의 길이로 표현 됩니다.

 

단위는 Nm 로 힘에 거리를 곱한 값입니다.

 

 

 

 

직류 모터에 걸리는 토크 계산 방법

 

그림1

 

직류 모터의 동작 방법에 대해서는 아래 링크를 통해 이해하실 수 있습니다. 

DC모터(직류) 구조와 동작 원리(정류자, 브러시)

 

앞서 토크는 막대의 거리에 힘을 곱한 것이라고 하였습니다. 그러므로 모터에 걸리는 토크는 아래와 같이 정의 할 수 있습니다.

 

 

a 는 그림1의 노란색 선의 길이 입니다. 노란색 선을 중심으로 회전하므로 1/2로 나눠주었습니다.

 

여기서 힘 F는 다시 플레밍의 왼손법칙에 의해아래와 같이 표현 됩니다. 

 

 

b는 그림1의 녹색 화살표의 길이 입니다. B는 자속밀도(Magnetic flux density, T)이고 I는 전류(Ampere, A)입니다.

 

 

모터의 출력(Power)는 모터에 걸리는 전압(E) x 전류(I)이고, 각속도(ω) x  토크(τ)로 표현 될 수 있습니다. 이 관계를 이용해서 토크 수식을 구할 수 있습니다. 

 

위 수식을 통해 정격 출력 모터의 토크(τ)는 전류(I)와 비례하고 속도(RPM, N)과 반비례함을 알 수 있습니다.

 

 

직류 모터에 걸리는 토크 증가 시키는 방법

 

위 토크 수식에 따라 토크를 증가시킬 수 있는 방법은 3가지 요소로 분류 됩니다.

 

• 자속밀도(Flux Density)
• 전류(Current)
• 코일(Coil)

 

자속밀도를 높이는 방법은 전자석일 경우 전력을 더 사용하거나 전자석에 들어가는 전선의 양을 늘이는 방법이 있습니다. 하지만 이 방법은 모터의 크기가 증가하는 단점이 있습니다. 

 

전류를 증가하는 방법은 모터 내부 전류가 흐르는 곳의 저항을 줄이면서 용량이 큰 전원을 사용하는 방법이 있습니다. 

 

코일의 경우 감는 횟수를 늘리거나 코일을 감는 반경을 크게 늘려주면 됩니다. 코일의 횟수 증가는 저항의 증가와 관련있고 반경의 증가는 모터 사이즈의 증가와 연관되어 있습니다.