전동 드론 모터의 선택은 드론의 비행 특성에 큰 영향을 미칩니다. 모터 설계의 작은 차이는 무게, 응답성, 전반적인 성능에 큰 영향을 줍니다.

모터를 선택하기 전에 최소한 제작하려는 드론의 크기와 무게에 대한 대략적인 개념은 있어야 합니다

가장 중요한 고려 사항은 다음과 같습니다.

• 모터 무게
• 출력(추력)
• 효율(g/watt)
• 토크와 응답성(회전수 변화)

드론 모터의 작동

브러시드 DC 모터와 브러시리스 DC 모터의 작동 방식 뒤에 있는 핵심 개념은 전자기입니다. 두 설계 모두 전자석을 사용하여 전기 에너지를 운동 에너지로 변환합니다. 전자석에 전류가 가해지면 자기장이 생성됩니다. 이 일시적인 자기장은 모터 내 영구자석의 자기장과 상호작용합니다. 전자석 또는 영구자석의 인력과 척력의 조합이 모터 축을 회전시킵니다.

브러시드 모터와 브러시리스 모터:

드론에 사용되는 모터는 크게 브러시리스 모터와 브러시드 모터 두 가지입니다. 일반적으로 더 큰 기체(레이싱 드론, 촬영용 드론 등)에는 브러시리스 모터를 사용하고, 초소형 드론과 장난감 드론에는 브러시드 모터를 사용합니다. 이 가이드에서는 드론과 멀티로터 응용 분야에서 가장 널리 사용되는 브러시리스 모터에 대해 더 자세히 다루겠습니다.

브러시드 모터:

브러시드 모터의 내부 작동은 브러시리스 드론 모터와 반대입니다. 브러시 모터에서 고정자는 회전자를 둘러싸는 영구 자기장을 제공합니다. 브러시 모터의 회전자는 주변 고정자의 영향을 받는 전자석입니다. DC 전원에 연결된 한 쌍의 브러시가 회전자 바닥의 정류자와 접촉합니다. 집전 링이 분리되어 있어 회전 시 집전체의 극성이 반전되므로 회전자를 통해 흐르는 전류의 방향이 주기적으로 바뀝니다. 집전 링 극의 교대는 회전자의 끊김 없는 회전을 만들어 냅니다. 내부 기구의 열 절연이 증가하여 시스템 효율은 크게 떨어지며, DC 전원 입력의 극성을 반전시켜 모터의 회전 방향을 바꿀 수도 있습니다.

브러시리스 모터:

이름에서 알 수 있듯이 브러시리스 드론 모터에는 브러시가 없습니다. 브러시리스 모터는 회전자와 고정자라는 두 개의 분리된 구성 요소로 효과적으로 나눌 수 있습니다. 고정자는 회전자가 장착되는 중심 부분입니다. 고정자는 권선에 전류가 흐를 때 일시적인 자기장을 만들기 위해 교대로 켜지고 꺼지는 방사형 전자석 배열로 구성됩니다. 회전자에는 고정자의 준영구 전자석 근처에 배치된 영구자석 집합이 포함됩니다. 브러시리스 모터는 DC 전원을 사용하지만 직접 구동할 수 없습니다. 대신 브러시리스 모터는 제어 전자 장치에 직접 배선되어 브러시나 정류자가 필요하지 않습니다. 회전자와 고정자 사이에 물리적 접촉이 없기 때문에 브러시리스 모터의 수명은 매우 우수합니다

모터 크기 표기와 식별

브러시리스 모터의 크기는 고정자 크기를 밀리미터로 나타내는 네 자리 코드로 정의됩니다. 예를 들어 2206

일련 번호의 처음 두 자리는 고정자의 직경을 정의하며 이 경우 22mm입니다. 마지막 두 자리는 고정자의 높이를 나타내며, 이 일련 번호에서 마지막 두 자리는 "06"이므로 고정자 유닛의 높이는 6mm입니다.

브러시 모터의 크기는 외부 케이스의 직경과 높이를 밀리미터로 명확히 정의하는 더 간단한 두 자리 체계로 확인할 수 있습니다. 예:

6×15에서 첫 번째 숫자 "6"은 케이스 직경의 측정값이고 "15"는 케이스의 높이입니다.

장착 패턴과 나사 규격

장착 유형과 나사 크기는 모터 유형과 용도에 따라 달라집니다. 장착 유형은 모터 베이스에 있는 나사 구멍의 위치를 결정합니다. 각 숫자는 중심이 모터 축에 맞춰진 원의 직경을 나타냅니다. 보통 원의 둘레를 따라 네 개의 구멍이 배치되며, 숫자가 두 개 주어지면 각 원에 두 개의 구멍이 배치됩니다. 예를 들어 16×19 피치의 2205는 16mm 원과 19mm 원의 둘레에 균등하게 분포된 4개의 M3 나사 구멍을 갖습니다. 나사 축 치수는 축의 외경을 나타내는 ISO 나사 규격으로 제공됩니다.

220X-240X:

16x19mm가 가장 많이 사용되는 장착 패턴이지만 16×16도 점점 보편화되고 있습니다. 나사 구멍은 M3 규격입니다. 나사 축 직경 D = M5입니다.

추력 대 중량비

추력은 모터를 선택할 때 고려해야 할 주요 요소 중 하나입니다. 모터의 추력은 보통 그램으로 측정되며 모터와 프로펠러가 얼마나 빠르게 회전하는지에 따라 달라집니다. 멀티콥터가 가속을 시작하기 전에 항력과 중력을 극복할 추력이 필요합니다.

예를 들어 드론의 총 무게가 1kg이면 100% 스로틀에서 모터가 생성하는 총 추력은 2kg, 쿼드콥터의 경우 모터당 500g이어야 합니다. 레이싱 드론의 경우 추력 대 중량비는 일반 멀티로터보다 훨씬 높습니다. 레이싱 드론에 권장되는 추력 대 중량비는 5:1입니다

쿼드콥터가 높은 스로틀에서 많은 전류를 소모한다면 배터리의 최대 방전율이 이를 따라갈 수 있어야 합니다. 배터리는 또한 최대 비행 시간을 제공하고 모든 구성 요소에 동시에 전력을 공급할 수 있는 용량을 갖추어야 합니다.

KV 등급:

속도 상수(kV)는 무부하(프로펠러 없음) 상태에서 1V의 일정한 전류로 모터가 1분에 만들 수 있는 회전수를 결정합니다. 간단히 말해 kV는 모터의 회전 속도를 나타냅니다. 모터의 kV는 고정자의 자기장 세기와 코일의 권선 수에 의해 결정됩니다. kV가 낮은 모터는 무거운 프로펠러를 효율적으로 구동하는 데 가장 적합합니다. kV가 높은 모터는 가벼운 프로펠러에 최적화되어 있습니다.

예를 들어 1000KV 모터를 선택하고 12V LiPo 배터리로 전원을 공급하면 총 회전수는 1000*12=12000이 됩니다. 모터에 프로펠러를 장착하면 공기 저항으로 인해 회전수가 감소합니다. kV가 높은 모터는 프로펠러를 더 빠르게 회전시키고 더 많은 전류를 끌어올 수 있습니다. 따라서 큰 로터는 kV가 낮은 모터와 함께 사용되고, 더 작고 가벼운 블레이드는 kV가 높은 모터에 더 적합한 경향이 있습니다. 큰 프로펠러와 kV가 높은 모터를 조합하면 더 빠르게 회전시키기 위해 더 많은 토크가 필요합니다. 필요한 토크를 생성하면서 더 많은 전류를 소모하고 과도한 열을 발생시킵니다. 이 과열은 모터를 손상시킬 수도 있습니다.

효율과 전류 소모:

모터 효율은 보통 100% 스로틀에서 추력을 전력으로 나누어 계산하며, 단위는 그램/와트(g/w)입니다. 이 숫자가 높을수록 모터가 더 효율적입니다.

최고 출력 구간뿐 아니라 전체 스로틀 범위에서 효율을 고려하는 것이 중요합니다. 일부 모터는 낮은 회전수에서 효율적으로 작동하지만 한계에 도달할수록 전류를 점점 더 많이 끌어올려 효율이 떨어질 수 있습니다.

효율을 가늠하는 또 다른 좋은 방법은 "그램당 암페어"(추력/전류)를 사용하는 것입니다. 일반적으로 생성되는 추력이 클수록 그 추력을 만드는 데 소모되는 전류도 커지므로, 추력이 높고 전류가 낮은 모터가 선호됩니다. 비효율적인 모터는 추력을 너무 적게 생성하거나 전류를 너무 많이 소모합니다. 각 모터는 서로 다른 프로펠러에 다르게 반응하므로 프로펠러를 신중하게 선택하는 것이 추력과 효율의 균형을 맞추는 핵심입니다. 효율과 전류는 배터리 선택에도 영향을 줍니다. 큰 전류를 사용하는 효율적인 모터는 배터리를 과도하게 사용하여 전원이 꺼지는 문제를 일으킬 수 있습니다.

선정 가이드 표:

고급 모터 선정:

대부분의 쿼드콥터 모터 사양은 제조사가 명시하지 않으며 더 많은 테스트와 분석을 통해서만 확인할 수 있습니다.

• 토크
• 부하
• 응답 시간
• 프로펠러 크기와 프로펠러 밸런싱
• 온도
• 진동과 밸런스
• 모터의 움직임
• 모터 제작 소재