[드론] 드론용 모터 소개 및 테스트

일반적으로 고가의 드론용 모터에는 BLDC 모터(브러시가 없는 모터)가 이용이 됩니다. 

BLDC 모터는 DC 모터의 일종입니다.

BLDC 모터의 소개

BLDC 모터는 회전축에 연결되어 코일 내의 전원의 방향을 바꾸는 역할을 하는 브러시가 없습니다.

대신 모터의 내부 주변에 코일이 원통에 고정이 되어있어서 동작을 하게 되면 몸통이 돌아가므로 DC모터와는 다르게 BLDC 모터의 몸통을 잡고있으면 모터가 타버려서 망가집니다.

또한 BLDC 모터는 따로 컨트롤러를 이용해서 구성해야지만 구동이 되는 단점이 있지만 단점이 있으면 장점이 있는 법! 수명이 매우 길고 마찰이 적어 고속동작이 됩니다. 따라서 이러한 모터는 마찰이 적어야되는 우주 항공 분야, 의료 분야, 반도체, 측정기, 로봇 등 정밀제어가 필요한 분야에서 사용이 됩니다.

보통 DC모터는 브러시가 있어서 마찰이 발생해서 효율이 60%내외로 떨어집니다. 그러나 BLDC모터는 호율이 80%이상입니다.

제가 구매한 드론키트에서는 BLDC모터를 사용하지 않고 Coreless 모터를 사용했습니다.

Coress 모터의 소개

이 모터도 DC모터의 한 종류이지만 구리선이 감겨 있고 철심이 없습니다.(일반 DC모터는 내부 코일에 철심이 감겨있음) 따라서 철심이 없으므로 더 작고 가볍게 반들 수 있습니다.

Coress모터도 BLDC모터처럼 호율이 70~80%로 좋기 때문에 의료기기, 우주 항공, 자동차, 해저 탐사용 로봇과 같은 정밀제어가 필요한 분야에서 주로 사용이 됩니다.

드론 모터 회전원리

위에서 보여지는 숫자는 모터가 아두이노 프로 마이크로와 연결되어 있는 핀 이며 화살표들은 진행방향, 회전방향을 의미합니다.

일반적으로 아두이노의 모터를 제어하는 핀은 모터를 직접적으로 연결하지 않고 따로 회로를 설계를 해야합니다.

모터 제어핀은 PWM1, 2, 3, 4,핀을 통해서 MOSFET을 통해 모터에 연결이 됩니다.

※MOSFET(Metal oxide Semiconductor Field Effect Transistor)

전기적으로 작동하는 '스위치' 또는 '증폭기' 라고 보면 됩니다. 특히 기본 원리는 커패시터의 원리와 같습니다.

입력에 신호를 주면 출력에서 ON/OFF가 되는 구조입니다. MOSFET는 일정 전압 이하,이상으로 전기적인 스위치 역할을 합니다.

간단하게 모터 Coress 모터 4개를 회전시켜보겠습니다.

void setup(){
  
}

void loop(){
  analogWrite(6, 4); delay(1000);
  analogWrite(10,4); delay(1000);
  analogWrite(9, 4); delay(1000);
  analogWrite(4, 4) delay(1000);

  analogWrite(6, 0); delay(1000);
  analogWrite(10,0); delay(1000);
  analogWrite(9, 0); delay(1000);
  analogWrite(4, 0) delay(1000);
}

analogWrite() 함수에 대한 설명은 여기 링크로 가시면 간단하게 정리를 해두었습니다.

Duty-Cycle(듀티값)을 제가 4로 설정을 해준 이유는 모터가 3정도의 듀티값부터 회전을 하기 시작해서 위와 같이 설정을 해주었습니다.

실행을 시켜보면 하나씩 회전하다가 또 하나씩 꺼지게 되는데 이는 동시에 작동하기에 부적합한 delay() 함수를 사용을 했습니다. 실제로는 드론이 동시에 모터가 작동하며 또는 어느쪽은 속도를 줄이면서 방향을 전환하는 원리이니 이때는 millis() 함수를 사용해야합니다.