대부분의 최신 로봇 잔디깎이는 브러시리스 DC 모터를 사용합니다. 일반적인 기기는 절단 시스템에 고속 BLDC 모터 1개를, 구동 바퀴에는 기어드 모터 2개를 사용합니다. 높이 조절이나 보조 장치에는 추가로 소형 기어드 모터가 사용될 수 있습니다.

절단 모터는 주로 속도, 안정적인 부하 성능, 효율성, 낮은 진동 등을 기준으로 선정됩니다. 바퀴용 모터는 주로 토크, 기어박스 비, 경사면 주행 능력 및 정밀한 이동 제어 능력을 기준으로 선정됩니다.

BLDC 모터는 효율성, 내구성, 정밀한 제어 및 컴팩트한 설계로 인해 널리 선호됩니다. 그럼에도 불구하고 모터 유형만으로는 잔디깎이의 성능을 결정할 수는 없습니다.

로봇 잔디깎이에 사용되는 주요 모터

대부분의 로봇 잔디깎이에는 두 가지 주요 모터 그룹이 포함되어 있습니다:

• 블레이드 디스크나 절단 날을 회전시키는 절단 모터
• 바퀴에 동력을 전달하고 이동을 제어하는 구동 모터

일부 기종은 절단 높이 조절, 조향 장치, 청소 시스템 또는 이동식 보호 커버를 위해 더 작은 모터나 액추에이터를 사용하기도 합니다.

모터 위치	주요 기능	일반적인 모터 유형	주요 요구 사항
절단 시스템	블레이드 또는 절단 디스크를 회전시킴	BLDC 모터	고속 및 안정적인 출력
좌측 구동 바퀴	모어를 이동 및 회전시킴	기어식 DC 또는 BLDC 모터	높은 토크와 정밀한 제어
오른쪽 구동 바퀴	잔디깎이를 이동 및 회전시킵니다	기어식 DC 또는 BLDC 모터	높은 토크와 정밀한 제어
높이 조절	절단 장치를 올리거나 내립니다	소형 기어드 모터 또는 액추에이터	위치 정확도
보조 메커니즘	커버, 브러시 또는 부착물을 제어합니다	소형 DC 모터	컴팩트한 크기와 간단한 제어

절단 모터와 바퀴 모터는 일반적으로 독립적으로 제어됩니다. 이를 통해 잔디 깎이는 잔디 상태에 따라 블레이드 속도를 조절하는 동시에 주행 요구 사항에 따라 바퀴 속도를 변경할 수 있습니다.

브러시리스 DC 모터

로봇 잔디깎이는 일반적으로 기계식 정류 방식이 아닌 전자식 정류 방식의 BLDC 모터를 사용합니다. 대신 전자식 스위칭이 모터를 제어합니다.

이러한 설계는 실외 자율 주행 장비에 여러 가지 이점을 제공합니다.

• 기계적 마모 감소
• 더 긴 작동 수명
• 높은 에너지 효율
• 전기적 노이즈 감소
• 향상된 속도 제어
• 유지보수 요구 사항 감소
• 향상된 출력 대 중량 비율

로봇 잔디깎이는 하루에 몇 시간씩 작동하며, 반복적으로 시동, 정지, 가속, 후진 및 회전을 수행할 수 있습니다. 이러한 작동 조건으로 인해 내구성과 효율성이 특히 중요합니다.

브러시가 없기 때문에 모터는 브러시 마모로 인한 성능 저하를 피할 수 있습니다. 그러나 BLDC 모터는 적절한 전자 제어기, 로터 위치 감지 방식 및 모터 제어 전략이 필요합니다. 따라서 전체 구동 시스템은 기본적인 브러시형 모터 시스템보다 더 복잡합니다.

절단 모터

절단 모터는 블레이드 디스크, 회전 바 또는 개별 블레이드 시스템을 구동합니다. 이 모터는 일반적으로 휠 모터보다 상당히 높은 속도로 작동합니다.

이 모터의 주된 역할은 잔디를 깔끔하게 깎을 수 있도록 충분한 블레이드 끝단 속도를 유지하는 것입니다. 모터 출력 요구 사항은 다음과 같은 여러 요인에 따라 달라집니다:

• 블레이드 직경
• 블레이드 수
• 블레이드 질량
• 절단 폭
• 잔디 밀도
• 잔디 수분 함량
• 절단 높이
• 모어 주행 속도
• 블레이드 디스크 설계

작은 회전식 블레이드가 장착된 가벼운 절단 디스크는 무거운 일체형 블레이드보다 시작 토크가 적게 필요합니다. 그러나 만족스러운 절단 결과를 얻기 위해서는 여전히 높은 회전 속도가 필요할 수 있습니다.

이러한 이유로, 로봇 잔디깎이의 절단 모터는 일반적으로 속도, 토크, 효율, 진동 및 소음 간의 균형을 고려하여 설계됩니다.

BLDC 모터가 절단 시스템에 적합한 이유

BLDC 모터는 콤팩트한 구조에서 안정적인 고속 회전을 제공할 수 있으므로 블레이드 작동에 매우 적합합니다. 또한 블레이드가 빽빽한 잔디를 만나면 컨트롤러가 모터 속도를 조절할 수 있습니다.

예를 들어, 잔디깎이는 에너지 절약을 위해 부하가 적을 때 절단 모터를 적당한 속도로 구동할 수 있습니다. 잔디가 빽빽해져 전류 소비가 증가하면, 컨트롤러는 토크를 높이거나 이동 속도를 조절할 수 있습니다.

이러한 반응형 제어는 모터를 지속적으로 최대 출력으로 구동하지 않으면서도 절단 일관성을 향상시킬 수 있습니다.

모터는 무부하 속도만 보고 선택해서는 안 됩니다. 블레이드가 없는 상태에서 고속에 도달하는 모터는 풀을 만났을 때 과도하게 속도가 느려질 수 있습니다. 또한 연속 토크, 최대 토크, 열용량 및 컨트롤러 전류 제한도 반드시 확인해야 합니다.

휠 구동 모터

휠 모터는 로봇 잔디깎기를 잔디밭 전체로 이동시킵니다. 대부분의 설계에서는 왼쪽 구동 휠에 하나의 모터를, 오른쪽 구동 휠에 또 다른 모터를 사용합니다.

이 두 모터의 속도와 방향을 독립적으로 변경함으로써, 잔디깎기는 다음과 같은 동작을 수행할 수 있습니다:

• 전진
• 후진
• 점진적으로 회전
• 좁은 공간 내에서 회전
• 경계를 따라 이동
• 방향 수정하기
• 장애물 회피

휠 모터는 일반적으로 커팅 모터보다 낮은 속도로 작동하지만 더 높은 토크가 필요합니다. 기어박스는 모터 속도를 낮추면서 출력 토크를 증가시킵니다.

기어식 DC 모터

기어식 DC 모터는 전기 모터와 감속 기어박스를 결합한 것입니다. 모터는 브러시형이나 브러시리스형일 수 있지만, 긴 수명이 요구되는 기계에서는 BLDC 방식이 점점 더 선호되고 있습니다.

기어박스를 통해 소형 모터도 다음과 같은 용도에 충분한 휠 토크를 발생시킬 수 있습니다:

• 잔디 위에서 출발
• 경사면 오르기
• 고르지 않은 지면 주행
• 부드러운 흙 위에서 방향 전환
• 울창한 초목 사이를 통과하기
• 작은 장애물 극복

필요한 토크는 모어의 무게, 바퀴 직경, 경사각, 지면 저항 및 가속 요구 사항에 따라 달라집니다.

평평하고 건조한 잔디에서만 사용하도록 선택된 휠 모터는 젖은 경사면에서는 작동에 어려움을 겪을 수 있습니다. 반면, 지나치게 큰 모터를 사용하면 실질적인 이점 없이 비용, 무게 및 전력 소비만 증가시킬 수 있습니다.

브러시 모터 대 브러시리스 모터

저가형 로봇 잔디깎이에는 여전히 브러시형 DC 모터를 사용할 수 있습니다. 제어하기 쉽고 일반적으로 초기 비용이 저렴합니다.

그러나 작동 중에 브러시가 점차 마모됩니다. 또한 브러시 접촉으로 인해 전기적 노이즈, 마찰, 발열 및 효율 저하가 발생할 수 있습니다.

특징	브러시형 DC 모터	브러시리스 DC 모터
초기 비용	일반적으로 낮음	일반적으로 더 높음
제어 시스템	더 간단함	더 발전됨
유지보수	브러시 교체가 필요할 수 있음	보통 낮은 편
수명	브러시 마모에 따라 제한됨	일반적으로 더 길음
효율	보통	더 높음
속도 제어	무난함	더 정밀함
전기적 노이즈	더 높음	낮음
빈번한 작동에 대한 적합성	보통	매우 높음
일반적인 적용 분야	입문용 기계	중급 및 프리미엄급 기계

여러 시즌에 걸쳐 정기적으로 작동할 것으로 예상되는 로봇 잔디깎이의 경우, 일반적으로 BLDC 모터가 전반적으로 더 우수한 솔루션을 제공합니다. 부품 및 컨트롤러 비용이 더 높더라도 효율성 향상, 유지보수 감소, 수명 연장을 통해 그 비용을 상쇄할 수 있습니다.

운행 시간이 제한적이고 제품이 엄격한 비용 목표를 충족해야 하는 경우에는 브러시형 모터가 여전히 실용적일 수 있습니다.

모터 전압

로봇 잔디깎이 모터는 재충전식 배터리 시스템으로 구동됩니다. 일반적인 잔디깎이 플랫폼은 제품 설계에 따라 18V, 20V, 24V 또는 그 이상의 배터리 전압을 사용할 수 있습니다.

고전압 시스템은 더 낮은 전류로도 동일한 출력을 제공할 수 있습니다. 전류가 낮으면 케이블 손실, 커넥터 발열 및 컨트롤러 부하를 줄일 수 있습니다. 그러나 전압만으로는 모터의 품질이나 잔디깎이 성능을 결정할 수 없습니다.

모터 권선, 컨트롤러, 배터리, 기어박스 및 보호 시스템은 하나의 플랫폼으로 설계되어야 합니다.

예를 들어, 원래 저전압 배터리를 기준으로 설계된 기계에 24V 모터를 장착한다고 해서 토크가 자동으로 향상되는 것은 아닙니다. 컨트롤러가 해당 전압을 지원하지 않을 수 있으며, 모터 권선이 의도된 속도와 일치하지 않을 수도 있습니다.

따라서 모터 선정은 단순히 전압 수치만 고려하기보다는 전체적인 전기 아키텍처를 바탕으로 시작해야 합니다.

토크, 속도 및 출력 요구 사항

로봇 잔디깎이에서 토크와 속도는 서로 다른 역할을 합니다.

절단 모터는 잔디를 자르기 위해 블레이드가 충분히 빠르게 움직여야 하므로 일반적으로 더 높은 속도가 필요합니다. 반면 바퀴 모터는 기계 전체를 움직여야 하므로 더 낮은 속도지만 더 높은 출력 토크가 필요합니다.

모터의 출력은 토크와 회전 속도의 관계로 이해할 수 있습니다. 토크가 매우 낮은 고속 모터는 부하 상태에서 블레이드 속도를 유지하지 못할 수 있습니다. 기어비가 부적절한 고토크 바퀴 모터는 잔디깎이의 이동 속도를 지나치게 느리게 만들 수 있습니다.

설계 과정에서는 다음 사항을 고려해야 합니다:

• 연속 작동 토크
• 단시간 피크 토크
• 무부하 속도
• 부하 속도
• 기어 감속비
• 시동 전류
• 정지 전류
• 컨트롤러 전류 제한
• 연속 출력
• 발열량

피크 토크는 특히 시동, 경사면 주행, 선회 및 블레이드 충격 시에 중요합니다. 연속 토크는 온도 상승 및 장기적인 신뢰성을 평가할 때 더 중요합니다.

모터 제어 및 피드백

로봇 잔디깎이는 일반 수동식 잔디깎이보다 더 정밀한 모터 제어가 필요합니다. 제어 시스템은 센서, 내비게이션 소프트웨어, 경계 감지 및 장애물 회피 기능과 연동하여 움직임을 조정해야 합니다.

휠 모터는 회전 속도와 위치를 측정하기 위해 홀 센서나 인코더를 사용할 수 있습니다. 이러한 피드백을 통해 잔디깎이는 이동 거리를 추정하고 제어된 경로를 유지할 수 있습니다.

컨트롤러는 명령된 휠 속도와 실제 휠 속도를 비교할 수 있습니다. 두 속도 간의 차이는 다음을 나타낼 수 있습니다:

• 바퀴 미끄러짐
• 바퀴가 막힘
• 고르지 않은 지형
• 과도한 잔디 저항
• 기계적 결함

절단 모터는 전류, 속도 또는 온도 신호를 통해 모니터링할 수도 있습니다. 전류가 갑자기 증가하면 잔디가 엉키거나, 블레이드가 손상되었거나, 절단 디스크가 막혔음을 나타낼 수 있습니다.

피드백은 성능을 향상시킬 뿐만 아니라, 결함 감지 및 모터 보호에도 기여합니다.

모터 효율과 배터리 사용 시간

모터 효율은 배터리 사용 시간에 직접적인 영향을 미칩니다. 모터 내부에서 손실되는 에너지는 유용한 기계적 출력이 아닌 열로 변환됩니다.

그러나 특정 작동 지점에서 가장 효율적인 모터를 선택하는 것만으로는 충분하지 않습니다. 로봇 잔디깎이는 변화하는 조건에서 작동합니다. 지형에 따라 바퀴 부하가 변하고, 잔디 높이와 밀도에 따라 절단 부하가 달라집니다.

가장 적합한 모터는 잔디깎기의 일반적인 작동 범위 전반에 걸쳐 효율적으로 작동해야 합니다.

잘 설계된 시스템은 다음을 통해 작동 시간을 개선할 수 있습니다:

• 고효율 BLDC 모터
• 적절한 기어비
• 경량 절단 부품
• 저저항 베어링
• 적응형 블레이드 속도 제어
• 부드러운 가속
• 불필요한 선회 감소
• 적절한 휠 크기 선정

따라서 모터 효율은 기계적 설계 및 제어 소프트웨어와 함께 고려되어야 합니다.

소음 및 진동

가정용 로봇 잔디깎이는 종종 주택, 정원, 사무실 또는 공공 장소 근처에서 작동합니다. 따라서 저소음은 중요한 설계 목표입니다.

모터 소음은 전자기력, 베어링, 기어박스 접촉, 구조적 공진 또는 컨트롤러 스위칭에서 발생할 수 있습니다. 많은 경우, 블레이드 시스템과 잔디와의 충돌이 모터 자체보다 더 많은 소음을 발생시킵니다.

진동을 증폭시키는 유연한 하우징에 장착된 경우, 소음이 적은 모터라도 여전히 눈에 띄는 소음을 발생시킬 수 있습니다.

소음 저감을 위해서는 다음이 필요할 수 있습니다:

• 균형 잡힌 로터
• 정밀한 블레이드 디스크
• 저진동 베어링
• 최적화된 자기 설계
• 적절한 제어기 스위칭
• 견고한 모터 마운트
• 진동 차단 부품
• 잘 설계된 기어 톱니

모터와 모어 구조는 하나의 완전한 진동 시스템으로 평가되어야 합니다.

실외 보호 요건

로봇 잔디깎이 모터는 습기, 먼지, 잔디 입자, 비료 잔여물 및 온도 변화가 있는 환경에서 작동합니다. 따라서 모터는 오염 및 부식으로부터 보호되어야 합니다.

중요한 설계 고려 사항은 다음과 같습니다:

• 밀폐형 베어링
• 보호된 케이블 출구
• 부식 방지 샤프트
• 코팅 처리된 전기 부품
• 신뢰성 높은 커넥터
• 방습 절연
• 모터 하우징 주변 배수
• 필요한 곳에 제어된 환기

완전히 밀봉된 모터가 이상적으로 보일 수 있지만, 밀봉은 열 방출에도 영향을 미칩니다. 열이 빠져나가지 못하면 고강도 절단 작업이나 경사면 작업 중 권선 온도가 상승할 수 있습니다.

올바른 해결책은 단순히 밀봉을 극대화하는 것이 아닙니다. 모터는 환경 보호와 열 제어 사이에서 실용적인 균형을 이루어야 합니다.

휠 모터는 예상되는 가장 까다로운 시동 및 등반 조건을 기준으로 평가해야 합니다. 절단 모터는 실제 블레이드 어셈블리와 현실적인 잔디 부하를 적용하여 테스트해야 합니다.

실험실 벤치에서 모터만 테스트할 경우, 기어박스, 하우징, 블레이드 불균형, 휠 슬립 또는 제한된 기류로 인해 발생하는 문제가 드러나지 않을 수 있습니다.