2What — DC 모터란 무엇인가
3- DC 모터(Direct Current Motor, 직류 전동기)는 전기 에너지를 회전 운동 에너지로 바꾸는 가장 단순한 회전 액추에이터다.
4- 전선에 전류를 흘리면 자기장 속에서 힘(로렌츠 힘)이 발생하고, 이 힘이 회전자(rotor)를 돌린다.
5- 입력은 전압·전류 두 개뿐이고, 출력은 회전 속도(rad/s)와 토크(N·m)다. 이 단순함이 핵심 매력이다.
6- 비유하면, 물레방아에 물(전류)을 부으면 바퀴(회전자)가 도는 것과 같다. 물을 더 많이 부으면(전류↑) 더 강하게 돈다(토크↑).
7Why — 왜 로봇 공학에서 DC 모터를 먼저 배우는가
8- 로봇의 거의 모든 회전 액추에이터가 DC 모터 계열이다. 관절을 움직이려면 결국 무언가를 회전시켜야 하기 때문이다.
9- 제어가 쉽다: 전압을 조절하면 속도가, 전류를 조절하면 토크가 거의 선형적으로 따라온다. 이 선형성 덕분에 PID 같은 기본 제어기로도 정밀 구동이 가능하다 (Franklin 외, 2015).
10- 모터를 이해하지 못하면 반복적으로 실패한다:
11 - 토크-속도 특성을 모르면 → 힘이 부족한 모터를 골라 로봇팔이 자기 무게조차 못 든다.
12 - 역기전력을 모르면 → 고속에서 왜 토크가 급감하는지 몰라 제어 게인을 잘못 튜닝한다.
13 - 즉 모터 선정(sizing)과 제어 게인 튜닝 두 곳에서 계속 헤맨다.
14How — 실제로 어디에 얼마나 쓰이는가 (스펙트럼)
15- 저가 RC카·완구 모터: 수백 원, 정밀 제어 없이 전압만 인가. 토크 수 mN·m.
16- 드론 프로펠러(BLDC): 브러시 없는 DC 모터로 수천~수만 rpm 회전, 추력 발생.
17- 전동 그리퍼·소형 서보: 위치 피드백을 결합해 정확한 각도 유지.
18- 로봇팔 관절 구동기: DC 모터 + 감속기 + 엔코더 조합, 토크 수십 N·m.
19- 전기차 보조 액추에이터(창문·와이퍼·시트): 견고성과 저비용이 요구되는 곳.
20이 레슨에서 앞으로 배울 3가지 축
211. 토크: 전류에 비례한다 — \tau = K_t \cdot i
222. 역기전력: 회전 속도에 비례해 생기는 반대 전압 — e = K_e \cdot \omega
233. 토크-속도 특성: 위 둘이 결합해 만드는 모터의 성능 곡선
24이 세 가지가 DC 모터를 '이해'한다는 것의 전부이며, 모든 모터 선정과 제어 설계의 출발점이다 (Hughes & Drury, 2019).