드론 구성품의 종류와 기능 (드론 초보자를 위한 기초 내용)

이 글만 읽어도 드론 구성품과 사양은 다 볼줄 알게 된다.

 

드론은 크게 모터 + 프레임 + 프로펠러 + 전자변속기 ESC + 배터리 + FC  + 기타 센서 로 구성된다.

하나씩 봐보자

 

1.드론 프레임 

 

드론을 구성하는 기본 구조물이다. 완구용에는 플라스틱을 사용하는데 고강도, 고탄력이 요구되는 산업용은 알루미늄이나 카본 또는 카본합성 소재를 사용한다. 고가일수록 가볍고 강성이 높은 카본소재가 많이 쓰인다. 카본의 경우 베이면 신체 어느 부위라도 잘려나간다. 조심하자.

2.모터

 

드론의 동력원이다. DC모터와 AC모터가 있는데 대부분 드론에 쓰이는 모터는 DC모터이다. DC모터 중에서도 브러쉬리스 모터(Brushless Motor)와 브러쉬 모터(Brush Motor)가 있는데 브러시리스 모터가 주로 많이 사용 된다.

 

브러쉬 모터는 주로 완구 혹은 저가형 드론에 사용된다. 가격이 저렴하고 ESC가 없어도 구동이 가능하지만 브러시가 마모되면 사용이 불가하고 장시간 회전이 필요한 용도에는 부적합하다. 

 

반면에 브러시리스모터는 별도의 ESC가 필요한 대신에 수명이 반영구적이다. 충격,열 등 변수에 의해 고장나는 경우가 있고 가격이 비싸다.

 

동작하는 형태에 따라 분류하기도 하는데 회전축이 회전하는 inner rotor형태의 모터가 있고 모터 외부가 회전하는 out runner 형태(통돌이)의 모터가 있다. 근래에 대부분의 멀티 로터 드론은 회전력이 낮지만 힘이 좋은 통돌이 모터를 사용한다.

 

각 모터는 2305, 5212같은 KV를 함께 표시한다. 5212340KV이런 표기가 있다고 가정하자. 5212 의 52는 고정자(스테이터)의 직경을, 12는 고정자(스테이터)의 길이(높이)를 말한다. KV는 1V전압을 모터에 인가하였을 때 분당 회전수(RPM)을 말한다. KV를 키로볼트가 아니고 케이브이라고 읽는게 맞다.

3.프로펠러

 

프롭이라고 한다. 프롭이 도는 방향은 CW(Clockwise) CCW(Counter-Clockwise) 방향 두가지가 있다. 프롭의 규격은 4개의 숫자로 표기된다. 예를들어 5045의 앞의 50은 프롭의 전체 길이(inch)를 말하고 45는 프롭이 한바퀴 회전했을 때 전진하는 길이(inch)를 말한다.  4개 숫자 이외도 R, BN문자는 R는 CW시계방향 프로펠러를 의미하고 BN은 블노우즈 프로펠러를 뜻한다. Bullnose 프로펠러는 양력이 가장 많이 발생하는 부분이 날개의 넓은 면이라는 것에 착안하여 날개가 좁아지는 부분을 잘라서 작은 멀티콥터에 적용하여 널리 사용하게 된 프롭이다.  프롭의 숫자가 커질수록 양력이 커진다고 보면 된다.

프롭은 가장 파손이 많이 일어나는 부분이라 교체, 정비 등 점검에 자주 신경써줘야 한다. 

내가 자격등을 딸 때에도 실기연습하는 도중 다른 교장에서 비상착륙하다가 프롭을 박살낸 것을 목격한적이 있다. 

 

4. 전자변속기 ESC(Electronic Speed Controller)

 

전류를 필요한만큼 모터에 전달해주는 녀석이다.

로터 장착된 드론은 모터별로 필요한 회전량이 다르다 = 필요한 전류치가 다르다는 뜻이다.

비행 제어 장치 FC가 각종 센서를 활용하여 계산하여 그 값을 ESC에 전달하고 ESC는 배터리에서 적정한 전류를 공급받아 모터를 제어한다.  

 "FC : 계산해보니까 50A전류가 필요하니까 배터리는 50A를 ESC에 전달하도록 "

 "배터리 : 50A 전달 완료~"

 "ESC : 모터가 잘 돌게 50A 흘려주어야지 ~ " 

 "모터 : (빙글빙글) "

FC - 배터리 - ESC - 모터로 가는 과정들이 일어나는 것이다.

전자변속기는 OPTO(Optoisolator)형과 OPTO형 ESC에 BEC(Battery Eliminator Circuit)을 내장한 BEC형으로 구분된다.

OPTO형 변속기는 광 검출기로 신호를 검출하여 전기적 노이즈가 있어서 전압이 흔들리는 반면, BEC형 변속기는 FC와 같이 저전압으로 구동하는 부품에 전압을 공급하기에 약간 정밀도가 있다. 그래서 정밀한 전압강하를 위해서는 별도의 정밀한 BEC를 OPTO 방식의 변속기와 함께 장착하는 것이 좋다.  

 

5.배터리

 

드론에 사용하는 배터리는 2차전지 배터리이며(재충전가능) 가볍고 고방전이 가능한 리튬폴리머 배터리가 많이 쓰이다. (드론 이륙시 큰 전류를 사용하므로 순간적으로 큰전류를 방출할 수 있는 배터리 사양이 확보되어야 한다)

리튬폴리머 배터리는 위의 장점때문에 많이 쓰이지만 관리가 어렵다는 단점도 있다. 배부름현상(부풀어오름)과 과방전시(2.8V이하) 더 이상 사용이 불가하다는 단점도 있다.

배터리 사양 읽어보기

리튬폴리머 배터리에 22.2V 16,000mAh 6S1P 15C라고 써있는 배터리를 봐보자.

22.2V 16,000mAh : 22.2V 전압이 1시간동안 16,000mAh를 방출할 수 있다는 뜻이다.

6S1P : 6셀이 직렬(Series의 S)로 연결되있다는 뜻

15C : C는 C-rate로 방전률을 의미하는데 15C는 순간적으로 배터리 용량(16,000mAh)의 15배까지 방전이 가능하다는 거다. 즉 16,000 X 15 = 240,000이므로 최대 240A까지 방전이 가능하다.

 

배터리 폐기시에는 소금물에 하루정도 담가두었다가 폐건전지 수거함에 수거하고 이때 기포가 발생하는데 매우 유해하므로 환기가 잘 되는 곳에서 담가두어야 한다.

 

셀당 전압을 3.7V~3.85V로 유지하는 것이 좋다. 셀체크미터 만원정도하는데 그거 사서 체크해보면 셀당 전압까지 확인이 가능하다.

 

6. FC (Flight Controller) 

 

드론의 뇌 라고 생각하자.