드론의 구성 및 역할 (1) : 기본 구성 요소 및 모터의 이해

드론의 구성 요소

드론의 기본 구성 요소
: 메인프레임, 비행제어컴퓨터, 모터, 변속기, 프로펠러

 

드론의 구성 요소 및 각 부분의 역할

 

- 메인프레임

   : 드론의기체를구성하고있는구조물로, 사람의 뼈와 유사.

• 탄소섬유/알루미늄/ 플라스틱으로 제작되어 드론을 견고하게 지지/ 보호함.
• 내부에 FC* 및 각종 센서, 전원보드 전자회로 등 드론의 주요 부품 장착
  * FC (flight controller) : 센서로부터 받은 정보를 전달, 드론의 움직임 제어함.
• 외부 : 드론의 위치 및 상태 구별 가능한 LED, GPS, 수신기 등 장착

- 전원보드 : 에너지 공급

 

- 비행제어컴퓨터

  : 드론의 두뇌 역할, 센서로부터 받은 신호를 전달하고 안정적인 비행 속도/ 고도 등을 제어함.

- 모터

  : 프로펠러에 에너지 제공

- 변속기

  : 모터의 회전속도 조절을 통해 프로펠러 회전속도 변화

- 프로펠러

   : 드론에 양력을 발생시켜 하늘로 띄움a

 

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브러쉬 DC 모터, 브러쉬리스 DC 모터

• 브러쉬 DC 모터

: 영구 자석과 모터권선의 전자기력을 이용해 회전력을 발생시킴

• 단점: 브러쉬와 정류자를 이용하여 전자석의 극성을 변경시킴에 따라 발열과 소음이 발생하고, 브러쉬마모에 따른 수명 한계
• 장점: 가격 저렴, 구동 간단
• 대부분 드론은 리튬폴리머 배터리를 동력원으로 사용, 평균비행시간은 30분내외
• 다양한 센서와 페이로드 장착 가능

 

브러쉬 DC 모터 (전), 브러쉬리스 DC 모터 (후)

 

• 브러쉬리스DC모터

: 영구자석과 모터권선의 전자기력을 이용하여 회전시킴

• 회전수 제어를 위해 별도의 전자변속기(ESC) 필요
• 브러쉬 DC 모터에 비해 수명 및 내구성이 우수, 힘에 비해 크기가 작지만, 고가인 단점
• 모터에 인가되는 전류가 클수록 강한 토크가 발생 (전류-토크 비례 관계)
• 비행 전 후에 베어링 및 이물질 확인필수

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드론의 구성 : 모터의 작동 원리

모터의 작동 원리
: 속도상수, 토크, 회전수, 소모전류의 관계

 

• 속도상수

정의 : 무부하상태에서모터에전압1V 인가될 때 모터의 회전수 (부하시 회전수 감소 - 많은 힘을 사용해야 하기 때문)

예) 100Kv 모터에10V 전압인가 시 회전수1 000RPM (이론상)

 

• 회전수 : 1분에 얼마나 회전하느냐, RPM 단위

•Kv와 토크는 반비례하며, 모터의 토크가 부족할 경우 회전수 유지가 어려워 회전수가 낮아짐

 

•모터의 회전수 - 토크 : 반비례 관계, 걸리는 힘이 적으면 더 많이 회전함 (단, 모터에인가되는 전압이 일정할때 가정)

•토크 - 소모전류 : 비례관계, 더 많은 힘(토크)을 사용하려면 더 많은 에너지(전류)가 필요함

•프로펠러는 모터의 부하요소 (직경과 피치가 커질수록 공기 저항 커져 부하증가)

 

[모터에 부하가 걸릴 때 발생 현상]
   모터 부하 걸림 ▶ 회전수 감소 ▶ 토크 증가 ▶ 소모 전류 증가 ▶ 발열
•과부하걸릴시모터가과열되고전자변속기및배터리수명에악영향
•과부하와과열확인을위해비행후모터및전자변속기온도체크필요
•모터의부하를줄이기위해프로펠러의직경과피치를줄이거나출력및토크가큰모터로변경필요