BLDC와 PMSM 차이｜구동파형·제어방식 비교

2026년 9월 6일 읽는 시간 약 8분

BLDC와 PMSM 차이는 영구자석 회전자를 사용한다는 공통점 속에서 역기전력과 전류파형, 전자식 정류 및 제어방식으로 구분할 수 있습니다. 6-Step·FOC 제어와 특성을 비교합니다.

BLDC와 PMSM은 구조적으로 무엇이 비슷할까?

BLDC(Brushless DC Motor)와 PMSM(Permanent Magnet Synchronous Motor)은 모두 Rotor에 Permanent Magnet을 사용하고 Stator Winding에서 만들어지는 자기장과 Rotor 자석의 상호작용으로 Torque를 발생시키는 Brushless Motor 계열입니다. 두 Motor 모두 기계적인 Brush와 Commutator 대신 Inverter의 Power Semiconductor Switching을 이용하여 Stator Current를 제어합니다. 따라서 Brushed DC Motor와 비교하면 Brush 마모와 접촉에 따른 Spark가 없고 높은 Efficiency와 긴 수명을 구현하기에 유리합니다. 또한 Rotor의 Permanent Magnet이 Stator의 회전자계와 동기되어 회전한다는 점에서도 기본적인 전자기 원리가 매우 유사합니다. 이러한 이유로 BLDC와 PMSM의 경계는 실제 제품과 문헌에서 완전히 명확하지 않을 수 있으며 넓은 의미에서는 BLDC를 영구자석 동기형 Motor의 한 구동형태로 보는 경우도 있습니다. 실무에서는 Motor의 이름만으로 판단하기보다 Back EMF 파형과 권선구조, Drive의 Current Waveform 및 Commutation Algorithm을 함께 확인하는 것이 중요합니다.

구동파형과 Back EMF는 어떻게 다를까?

전통적인 구분에서는 BLDC Motor는 비교적 Trapezoidal 형태의 Back EMF를 갖도록 설계하고 이에 맞춰 사각파에 가까운 Phase Current를 공급하는 방식으로 설명합니다. 대표적인 3상 BLDC의 6-Step Commutation에서는 한 구간에서 두 상을 여자하고 나머지 한 상을 비여자 상태로 두면서 60 electrical degrees마다 Switching State를 변경합니다. 반면 PMSM은 비교적 Sinusoidal Back EMF를 갖도록 설계하고 Stator에 Sinusoidal Current를 공급하여 부드러운 회전자계를 형성하는 방식으로 설명하는 경우가 많습니다. 역기전력 파형과 전류파형이 적절하게 결합되면 원하는 평균 Torque를 효율적으로 발생시킬 수 있습니다. 하지만 실제 Motor의 Back EMF는 완벽한 사다리꼴이나 정현파가 아니며 Magnet Shape, Winding Distribution, Slot 구조 등에 따라 달라집니다. 또한 현대 Drive는 BLDC라는 이름의 Motor에도 Sinusoidal Control이나 FOC를 적용할 수 있습니다. 따라서 ‘BLDC는 무조건 사각파, PMSM은 무조건 정현파’라고 단정하기보다 대표적인 설계·구동방식의 차이로 이해하는 것이 정확합니다.

6-Step과 FOC 제어는 무엇이 다를까?

BLDC Motor에 널리 사용되는 6-Step Commutation은 Rotor Position을 여섯 개의 전기적 구간으로 나누고 각 구간에 맞춰 Inverter의 Switching 조합을 변경하는 방식입니다. Hall Sensor의 Digital Signal이나 Sensorless Back EMF Detection으로 Commutation Timing을 결정할 수 있으며 제어구조가 비교적 단순하다는 장점이 있습니다. 반면 PMSM에서는 FOC(Field Oriented Control)가 대표적으로 사용됩니다. FOC는 3상 Current를 Clarke·Park Transformation을 이용해 Rotor 자속을 기준으로 하는 d-q Coordinate로 변환하고 d-axis와 q-axis Current를 독립적으로 제어합니다. 일반적으로 q-axis Current는 Torque 생성에 중요한 역할을 하며 d-axis Current는 자속과 Field Weakening 또는 IPMSM의 MTPA Control 등에 활용됩니다. FOC는 Encoder, Resolver 또는 Sensorless Estimator로 얻은 Rotor Electrical Angle을 기반으로 Current Vector를 연속적으로 제어하므로 낮은 Torque Ripple과 정밀한 Speed·Torque Control을 구현하기에 유리합니다. 대신 6-Step보다 연산과 Parameter 설정, Current Sensing 등의 제어구성이 복잡해질 수 있습니다.

Torque Ripple과 효율·소음에서는 어떤 차이가 있을까?

6-Step 방식의 BLDC는 Commutation 구간이 바뀌는 순간 Phase Current와 Torque가 변하면서 Commutation Torque Ripple이 발생할 수 있습니다. 이러한 Torque Ripple은 저속에서 진동이나 Acoustic Noise에 영향을 줄 수 있으므로 Fan이나 Pump처럼 구조가 단순하고 비용이 중요한 시스템에서 장점을 갖는 반면 매우 부드러운 회전이 필요한 분야에서는 추가적인 제어가 필요할 수 있습니다. Sinusoidal Current와 FOC를 사용하는 PMSM은 Rotor 위치에 맞춰 Current Vector를 연속적으로 조절하기 때문에 낮은 Torque Ripple과 정밀한 제어를 구현하기에 유리합니다. 특히 Servo System, Robot Joint, CNC와 EV Traction처럼 넓은 속도범위와 높은 Dynamic Response가 요구되는 분야에서 많이 활용됩니다. 효율은 단순히 BLDC 또는 PMSM이라는 이름만으로 결정되지 않습니다. Copper Loss, Iron Loss, Magnet Loss, Switching Loss, Motor Geometry와 운전점 등에 따라 달라집니다. 따라서 PMSM이 항상 BLDC보다 효율이 높다고 단정하기보다는 Motor와 Drive를 하나의 System으로 보고 실제 운전영역에서 비교해야 합니다.

BLDC와 PMSM은 어떤 기준으로 선택해야 할까?

Motor를 선택할 때는 명칭보다 요구되는 Speed Range, Torque, Position Accuracy, Noise, Efficiency, Cost와 Controller Complexity를 함께 검토해야 합니다. 단순한 Speed Control과 비교적 낮은 시스템 비용이 중요하다면 Hall Sensor와 6-Step Driver를 사용하는 BLDC 구성이 실용적일 수 있습니다. 반대로 저속에서 부드러운 Torque, 빠른 응답과 정밀한 Position·Speed Control이 필요하다면 Encoder나 Resolver와 FOC를 사용하는 PMSM System이 적합할 수 있습니다. IPMSM은 Magnet Torque와 Reluctance Torque를 함께 활용할 수 있고 Field Weakening을 통해 넓은 고속영역을 확보할 수 있어 전기자동차와 고성능 Drive에 활용됩니다. 그러나 실제로는 BLDC Motor에도 FOC가 적용되고 PMSM도 다양한 Commutation 방식으로 구동될 수 있으므로 제품명만 보고 Controller를 선택해서는 안 됩니다. Back EMF, Pole Pair, Hall 또는 Encoder 정보, Rated Voltage·Current와 Motor Parameter를 확인해야 합니다. 결국 BLDC와 PMSM의 차이는 단순한 Rotor 구조보다 Motor가 만들어내는 파형과 이를 구동하는 전류파형 및 제어전략을 함께 살펴보는 것이 핵심입니다.