082_모터의종류와_특징 🦾🏎️

다양한 모터의 세계

도로시와 지니가 함께하는 용도별 모터 완벽 가이드

👧 도로시: “지니야! RC 자동차 바퀴도 돌리고 싶고, 인형 머리도 까딱까딱하게 하고 싶은데, 모든 곳에 다 똑같은 모터를 쓰면 될까?”
🐱 지니: “아니란다! 모터마다 잘하는 특기가 완전히 달라! 쌩쌩 달리는 달리기 선수도 있고, 1도 오차도 없이 자리를 지키는 조각가 선수도 있지!”
🐶 토토: “바우! 강아지 꼬리처럼 흔들흔들 움직이는 모터도 있다 멍!”
🖥️ 강의 슬라이드: slides.md

1. 도로시의 고민: 프로젝트에 맞는 최적의 모터는?

모터 선택 가이드

🎯 움직임의 목적에 따라 모터의 종류가 결정됩니다

우리가 만들려는 창작물의 움직임 특성에 맞추어 가장 적합한 모터를 선택해야 회로와 코딩이 단순해집니다.

만들고 싶은 동작	필요한 회전 특성	추천되는 모터 종류
자동차 바퀴, 드론 프로펠러, 선풍기	한 방향으로 빠르게 계속 쉼 없이 도는 회전	DC 모터 / BLDC 모터
로봇 팔 관절, 자동차 조향 핸들, 스마트 도어락	0° ~ 180° 사이에서 원하는 각도로 정확히 멈춤	서보모터 (Servo Motor)
3D 프린터 노즐 이동, 카메라 초점, 스캐너	미세한 단위(0.9°~1.8°)로 끊어서 정밀 위치 제어	스텝모터 (Stepper Motor)

2. 전원 공급 방식에 따른 대분류: DC 모터 vs AC 모터

DC와 AC 모터의 분류

⚡ 직류(DC) 전기를 쓰는가, 교류(AC) 전기를 쓰는가?

모터를 구동하는 전원의 성격에 따라 전자기적 구동 구조가 크게 달라집니다.

graph TD
    Motor["모터 (전동기)"] --> DC["DC 모터 (직류 전동기)"]
    Motor --> AC["AC 모터 (교류 전동기)"]
    
    DC --> Brushed["브러시 DC 모터 (기본 토이 모터)"]
    DC --> BLDC["BLDC 모터 (드론, 전기차 고효율)"]
    DC --> Servo["서보 모터 (각도 피드백 제어)"]
    DC --> Stepper["스텝 모터 (펄스 분할 제어)"]
    
    AC --> Induction["유도 전동기 (세탁기, 펌프)"]
    AC --> Sync["동기 전동기 (대형 산업 설비)"]

DC 모터 (Direct Current):
- 배터리나 건전지, USB의 안정적인 직류(+/-) 전원으로 동작합니다. 아두이노 메이커 프로젝트의 99%는 DC 계열 모터를 사용합니다.
AC 모터 (Alternating Current):
- 가정용 벽 콘센트(220V 60Hz)의 교류 전원을 사용하며 냉장고 컴프레서, 대형 세탁기, 엘리베이터 등에 사용됩니다.

3. 1. DC 모터: 쌩쌩 달리는 바퀴의 제왕!

DC 모터의 특징

🏎️ 전압만 넣어주면 쉬지 않고 도는 가장 대중적인 모터

DC 모터는 영구자석과 회전자 코일, 브러시로 구성되어 전원을 인가하면 즉시 최대 속도로 고속 회전합니다.

동작 원리:
- 모터 양단에 (+)와 (-) 전압을 가하면 시계 방향으로 회전하고, 극성을 반대로 뒤집으면 즉시 반시계 방향으로 역회전합니다.
장점:
- 구조가 간단하고 가격이 매우 저렴하며, 전압의 크기(PWM)로 회전 속도를 쉽게 조절할 수 있습니다.
단점:
- 내부 회전 관성 때문에 “정확히 90도 회전 후 정지”와 같은 위치 지정이 불가능합니다.

4. 2. 서보모터: 원하는 각도로 척척! 로봇의 관절

서보모터 구조와 원리

🦾 목표 각도를 스스로 측정하여 유지하는 똑똑한 모터

서보모터(Servo Motor)는 소형 DC 모터와 감속 기어박스, 가변저항(포텐쇼미터 위치 센서), 제어 PCB 회로가 하나의 케이스에 패키징된 통합 모듈입니다.

graph LR
    Command["아두이노 각도 명령<br>(PWM 펄스)"] --> Controller["내부 오차 비교기"]
    Pot["내부 각도 센서<br>(가변저항)"] -->|"현재 각도 피드백"| Controller
    Controller --> Motor["내부 소형 DC 모터 회전"]
    Motor --> Gear["감속 기어박스 (토크 증폭)"]
    Gear --> Horn["출력 회전혼 (0~180°)"]
    Horn -.-> Pot

동작 범위: 일반 RC용 소형 서보(SG90 등)는 주로 0도에서 180도 범위 내에서 움직입니다.
폐루프 제어 (Closed-Loop):
- 외부에서 억지로 축을 비틀려고 해도 내부 센서가 각도 이탈을 감지하여 원래 각도를 고집스럽게 사수합니다.

5. 3. 스텝모터: 1도씩 딱딱 끊어 도는 시계침!

스텝모터의 단계별 회전

🖨️ 펄스 1개당 정해진 각도만큼 전진하는 초정밀 모터

스텝모터(Stepper Motor)는 회전자에 수많은 톱니 모양의 영구자석 극을 배치하고, 주변 전자석 코일에 펄스를 가해 1스텝씩 기계적으로 맞물리며 회전합니다.

스텝각 (Step Angle):
- 펄스 신호 1번마다 정확히 정해진 각도(예: 5.625°/64 감속 시 약 0.088°)만큼 회전합니다.
오차 누적 없음 (No Cumulative Error):
- 펄스를 준 횟수만큼 정확히 돌기 때문에 센서 없이도(개루프 제어) 정밀한 위치 제어가 가능합니다.
정지 토크 (Holding Torque):
- 전원이 켜진 상태로 정지해 있을 때 코일이 자력을 꽉 쥐고 있어 외부 힘에 밀리지 않고 자리를 지킵니다.

6. 아두이노 3대 모터 완전 비교표

모터 패밀리 종합 비교

📊 엔지니어를 위한 모터 선택 기준표

항목	DC 모터	서보모터 (SG90)	스텝모터 (28BYJ-48)
회전 형태	연속 무한 회전	제한 각도 회전 (0°~180°)	스텝 단위 연속 회전
속도 제어	PWM 듀티비로 전압 가변	내부 기어비에 의해 일정	펄스 공급 주파수로 제어
위치 제어	불가능 (엔코더 별도 필요)	매우 뛰어남 (목표 각도 입력)	극도로 정밀함 (펄스 카운팅)
제어 핀 수	2개 (방향 및 속도)	단 1개 (PWM 신호선)	4개 (IN1 ~ IN4)
구동 드라이버	모터 드라이버(L298N 등) 필수	아두이노 핀 직결 가능	드라이버 보드(ULN2003 등) 필수
대표적인 사용처	RC카 구동 바퀴, 선풍기	로봇 관절, 조향 장치	3D 프린터, 정밀 스캐너

🌟 도로시와 지니의 핵심 요약 노트!

👧 도로시: “바퀴를 신나게 굴릴 땐 DC 모터, 로봇 팔을 원하는 각도로 굽힐 땐 서보모터, 3D 프린터 헤드를 정밀하게 옮길 땐 스텝모터를 고르면 되는구나!”
🐱 지니: “정답이야! 다음 시간에는 모터의 속도와 각도를 자유자재로 제어하는 핵심 디지털 신호인 PWM에 대해 알아보자!”
🐶 토토: “바우! PWM을 알면 모터뿐만 아니라 LED 밝기까지 마음대로 주무를 수 있다 멍!”

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