BLDC motor 선정

브러시리스 모터

보통 어렸을 때 가지고 놀던 미니카에 들어있던 브러시드 모터는 직류로 작동하는 간단한 2극 구조를 가지고 있다. 아래 그림처럼 축에 두 개의 '붓'이 닿아 있어 돌아가면서 내부 전자석의 극성을 바꾸어주는데, 이러한 구조 때문에 저항이 발생하고 시간이 지남에 따라 성능이 저하되는 단점을 가지고 있다.

BLDC 모터는 이러한 단점을 극복하기 위해서 만들어진 모터이다. 세 개의 극이 주파수 컨트롤에 의해 위상이 변하면서 회전하게 된다. 외관상 간단하가게 전선에 세 가닥이 나와 있으면 브러시모터이며, 반드시 ESC(electronic speed controller) 를 연결해서 사용해야 한다. ESC 는 직류를 브러시모터가 쓸 수 있게끔 3극으로 바꾸어주며 조종기의 신호에 따라 모터의 회전수를 변화시켜주는 핵심적인 역할을 한다.

(BLDC motor, outrunner 형)

(이것이 ESC 사진 이것에 대한 공부는 좀 더 해볼 것.)

모터 선정

 Kv 는 전압 1V당 회전수를 나타낸다. 예를 들어서 1000Kv 를 갖는 모터에 7.4V 의 2셀 LiPo 배터리를 연결한다면 (1셀당 3.7V의 전압을 가진다.) 프로페럴러가 달려 있지 않다는 가정하에(무부하) 모터의 분당 회전수는 1000 (Kv) x 7.4 (V) x 0.9 (효율계수) = 6,660 회가 된다. RC 비행기나 헬기에서는 모터의 토크(torque) 가 중요하지 않다. 중요한 것은 어떤 프로펠러를 사용하는 가에 따라서 회전수가 달라지므로 Kv 는 출력보다는 프로펠러와의 매칭을 통해 비행기의 성격을 결정하는데 더 큰 역할을 하는 값이다.

 허용 전류. 일반적으로 연속적인 허용전류를 나타내는데, 연속적으로 돌려도 모터에 무리가 없는 전류를 말한다. 종종 최대허용 전류를 나타내기도 표기하기도 하는데, 이때는 유지가능시간을 병기하기도 한다. ESC 사양에 전류값이 표기 되어 있으므로 이를 기준으로 선택하면 된다. 보통 모터 전류값 보다 ESC 전류값이 살짝 높은 것이 좋다고 한다. 이 전류와 배터리 전압을 곱한 후 0.75(효율계수)를 곱하면 모터의 대략적인 출력(와트)을 알 수 있다.

 잠시 생각해야 할 것이 같은 모터에 배터리 전압을 낮추어서 사용하면 출력이 낮아진다. 하지만 배터리의 전압을 낮추고 프로팰러의 크기를 키운다면 추력이 강하진다. 따라서 전류가 많이 흐르게 되고 출력은 다시 올라가게 된다. 결국 배터리의 전압을 낮추고 프로펠러의 크기를 키우면 출력은 일정하지만 추력은 강해지는 결과를 가져온다. 하지만 전압을 낮춘 만큼 전류가 많이 흐르므로 모터에 부하가 많이 걸리게 된다는 말. 너무 큰 프로펠러를 장착하게되면 모터에 과부하가 걸려서 타버린다.

 정확한 출력을 알기 위해서는 프로펠러까지 고려해야 한다. 모터와 배터리가 정해지면 날개 프롭 크기에 따라서 전류가 정해진다. 아래는 하비킹에서 어떤 모터에 대한 Specs 과 Prop Test 결과를 나태는 것이다.

Specs:
Model: NTM Prop Drive Series 13-12 2400kv
Kv: 2400rpm/v
Max current (Burst): 3.9A
Max current (suststained): 3.0A
Max Power: 40W @ 11.1v (3S) 
Shaft: 1.5mm
Weight: 5g
ESC: 5~8A
Cell count: 2s~3s Lipoly
Mount type: Tri-hole firewall mount (15mm width between mount holes)
Connection: Loose wire (for direct soldering)

Prop Test Data:
3.75x3 - 7.4V / 10W / 1.4A / 56g thrust
3.75x3 - 11.1V / 25W / 2.3A / 97g thrust
4.5x4.5 - 7.4V / 16W / 2.2A / 80g thrust 
4.5x4.5 - 11.1V / 36W / 3.3A / 112g thrust 
5x5 - 7.4V / 19W / 2.6A / 68g thrust 
5x5 - 11.1V / 39W / 3.5A / 92g thrust

 이것을 보면 모터의 최대 전류와 연속전류가 3.9A, 3.0A 로 나와 있지만 프로펠러의 크기에 따라서 전류가 다 다르게 나와 있다. 이렇게 프로펠러와 베터리, 모터 세가지가 전부 정해져야 정확한 출력을 알 수 있다.

 http://aerodream.egloos.com/2885480