최근 저는 기존 센서 드론의 (무료함?)을 벗어나고자 FPV드론의 세계로 입문하기로 마음을 먹었습니다, 하지만 센서 드론과는 다르게 이것저것 사소한 부품까지 이해해야 하는 FPV 드론! 이번 시간에는 첫 번째로 모터에 대하여 알아보도록 하겠습니다.

 

 

브러시 유무에 따른 모터의 분류

1. 브러시 모터

 

출처 : Microchip(www.microchip.com

 

브러시 모터란 브러시를 통해 정류자로 전류를 흘리면 전류자가 회전하는 구조입니다. 보통 FPV 드론에는 브러시리스 모터가 쓰이는데 ESC(변속기)를 통하여 회전속도를 제어하며 전압을 통해 회전속도를 쉽게 조절할 수 있습니다. 브러시 모터는 가격이 저렴하고 구동이 간단하기 떄문에 완구용에 많이 쓰이며 수명이 짧기 때문에 FPV드론에는 사용하지 않습니다.

 

2. 브러시 리스 모터

 

출처 : renesas

 

브러시리스 모터는 전류를 흘렸을떄 발생하는 전자기장과 모터 내부에 부착된 자석의 극성차이를 이용해 회전하는 방식입니다. 이 모터는 브러시 모터와 달리 물리적으로 마모가 발생하는 부품을 가지고 있지 않아 에너지 손실률도 적고 모터 수명 또한 반영구적입니다.

 

 

브러시리스 모터의 구분

브러시리스 모터 중에서도 회전자의 위치에 따라 두 종류로 나뉩니다.

 

1. 인러너 모터

 

출처 : nidec

 

인러너 방식은 고정자가 바깥쪽, 회전자가 안쪽에 있는 형태입니다. 밀폐형으로 제작되어 있기 때문에 흙먼지 같은 이물질에는 강하지만 발열에 취약하고 회전자의 거리가 짧기 떄문에 회전수(RPM)은 높지만 토크가 약하기 떄문에 FPV드론에는 거의 쓰이지 않습니다.

 

2. 아웃러너 모터

 

출처 : nidec

 

아웃러너 모터는 회전자가 바깥쪽에 위피하고 있는데 드론에 적합한 모터입니다. 코일을 노출시켜 발열을 줄이고 토크를 받는 부분이 회전축에서 멀리 떨어져 있으니 인러너에 비해 고속회전은 불리하지만 강한 토크를 낼 수 있습니다.

 

 

모터 성능 읽기

처음 fpv드론을 접하시는 분들은 모터 선택부터 어떤 모터를 골라야 좋은 모터를 고를수 있을지 난감해 합니다. 무작정 비싼 모터가 좋은 모터라고 생각해서 잘못된 선택을 하시는 분이 많은데요.

먼저 모터의 사양을 읽는 법을 알려드리겠습니다.

 

출처 : ALI EXPRESS

 

먼저 여기 실제 해외직구로 실제 구매 가능한 모터입니다.

모터의 성능을 보시면 2207 –1700kv 라는 문구가 보이는 데요 맨 처음 앞부분의 22는 모터 스테이터 전자석의 지름(mm)을 나타내고 그 다음 07은 모터 스테이터의 두께(mm)를 나타냅니다. KV는 1볼트당 모터의 회전수를 의미하는데 1700kv는 프로펠러 제거 상태에서 1볼트상태로 1분당 1700회 회전을 나타냅니다.

 

 

모터 스테이트의 두께가 두껍고 지름이 길수록 모터의 토크는 높아지며 kv의 수가 높을수록 회전속도는 빨라집니다. 두께가 크고 지름이 클수록 무게가 무거운 프로펠러를 사용가능하고 힘이 커지지만 모터 사이즈가 커질수록 그에 비례하여 모터의 무게가 늘어나기 때문에 FPV드론의 프레임, 프로펠러 ,배터리 무게 등 여러 가지를 고려하여 본인에게 맞는 용도의 모터를 선택해야합니다

이것을 기준으로 모터의 분당 회전수를 계산해보면 4 배터리(14,8v) 기준으로 1700kv를 곱하면,

 

배터리 1(3.7v) X 4개 = 14.8V 모터 1700KV X 14.8 = 25,260회 /분

 

입니다.

참고로 KV값은 배터리의 전압과 프로펠러의 크기와 중요한 상관관계를 가지고 있는데 KV값이 높을수록 회전이 빨라지고 높은 속도를 낼 수 있지만 많은 전류를 소모하기 때문에 배터리 소모가 크고 토크가 약해집니다. 그에 반하여 KV값이 낮을수록 속도는 낮지만 높은 토크를 낼 수 있습니다.  FPV드론에서는 보통 2600KV의 모터가 가장 많이 쓰이는 반면 촬영용 드론은 속도보다 안정성을 위해 속도보다는 큰 힘을 가진 모터를 선호합니다.

따라서 용도에 맞는 모터 정보를 확인하여 본인 기체와 적합한 모터를 선택할 수 있습니다.

레이싱 목적의 드론을 선택하려면 높은KV값의 모터가 적합하고 가감속이 잦은 프리스타일의 FPV드론을 선호하시면 낮은 값의 KV 모터를 선택하시는 게 유리합니다.

 

 

모터 선택하기

모터를 선택하기 전, 모터가 얼만 큼의 무게를 버틸 수 있는지 고려하여야 합니다.

먼저 자신의 기체에 적당한 추력을 확인해야하고 전체 추력을 확인하기 위해서 각 모터에 프롭을 연결하고 동작시 개당 발생하는 추력이 얼마인지 확인해야 합니다.

모터추력정보표는 모터 제작사 홈페이지에서 볼 수 있는데요.

 

 

위에 그래프를 참고하여 계산해보면 해당모터를 T5146 Tri-Blade 프로펠러를 장착하고 100%출력 비행시 모터당 1416g 추력이 필요합니다.

보통 기체무게 두배를 기준으로 모터의 출력을 계산합니다.

 

드론 최대무게 X 2 = 1개 모터추력 X 4개

드론 최대무게 = 1개 모터추력 X 2개

 

따라서 (1개 모터의 추력 X 2)를 하시면 드론의 최대치 무게를 알 수 있습니다. 위 그래프 기준으로는 2832g까지 드론의 무게를 설정 가능 합니다. 따라서 수신기, 프롭, 배터리, 모터의 무게 등 여러 가지 요소를 확인하여 기체의 무게를 설정하여야 합니다.

 

오늘은 모터에 대하여 간략하게 설명 드렸는데요, 이처럼 fpv 드론을 제작하기 위해서는 모터부터 시작하여 프레임, 비행컨트롤러, 전원분배보드, 변속기, 수신기, 프로펠러 등 여러 가지를 고려해야 합니다.

다음기회에는 다른 구성부품에 대하여 설명하는 시간을 가지겠습니다.

 

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류시욱

/ 아나드론스타팅필진
기체를 띄우고 직접 조종한다는 소소한 취미에서 시작하여 드론을 경찰업무에 적용하기 위해 연구하는 전문적 학습공동체(폴드론아카데미)일원으로 활동하고 있습니다. ceuikwkd@naver.com

폴드론아카데미는 전원 현직경찰관들로 구성되어 활동하는 전문적학습공동체로, 드론을 활용하여 효율적인 치안업무의 도움을 주고자 연구하는 경찰 내 현장학습동아리 입니다.

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