과학

디바이스 개발을 위한 참고자료 -외전 2- RC 모터, 변속기 응용

자료는 틈틈히, 그리고 꾸준히 쌓는게 중요하다 그러잖아?

 

그래서 꾸준히 쌓아가고 있어

 

내가 인터넷에서 수많은 선배님들을 만나게 되고, 도움을 받은 만큼 나누고 싶은데 실무자 분들한테는 필요한 내용이 아니고..

 

이제 막 입문한 사람들이 보면 좋을 자료들을 만들고 싶어서 이렇게 글을 남기니까 많은 도움이 됬으면 해!

 

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(1) - 적외선 인체감지 PIR 센서 

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(2) - TCRT5000 적외선 감지 장애물 회피 센서 / 라인트레이서 센서

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(3) - 음향 사운드 감지 센서 HS-SOUNDSM

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(4) - 비접촉식 적외선 온도 센서 GY-906, MLX90614

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(5) - 알코올 센서 모듈 MQ-3, SZH-SSBH-045

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(6) - 사운드 모듈 ts0223

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(7) - 온도센서 NTC 서미스터 모듈

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(8) - GP2Y1010AU0F PM 2.5 광학식 미세먼지 센서

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(9) - DHT11 온습도 센서

아두이노, 마이크로컨트롤러(mcu) 개발을 위한 센서 참고자료(10) -번외편 // 접지, 공통그라운드

디바이스 개발을 위한 참고자료 -외전 - / 블루투스 마이크는 어떻게 만들까?

 

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처음 BLDC 모터를 사용할 때 많이 곤란했던 기억이 있어.

 

KV와 RPM, 효율, 토크, 턴수 등 다양한 용어들이 나오며 입문하시는 분들이 공부할 내용이 꽤나 많더라구.

 

저도 처음에 이런 부분에 있어 KV가 무엇인지, RPM은 어떻게 계산하고 모터와 변속기, 감속기에는 왜 효율이 적혀있는건지 이해가 가지 않아 한참 찾아보고 고민을 했는데...

 

그러다보니 보통 효율 계산을 할땐 66~70% 정도로 굉장히 낮게 잡고 계산을 하곤 했어.

 

터무니 없이 낮은 값이긴 하지만, 아부지도 항상 말씀하시던게, 테스트 할때는 예상 출력의 1.5-2배정도로 잡고 하라셔서 말이지...

 

그렇게 출력테스트도 많이 해보고, 다양한 방면으로 검증을 진행하다 보니 66-70% 효율은 전자제어에서 터무니 없이 낮은 효율로 굉장히 큰 오차범위를 주고 계산을 진행한 거더라구.

 

근사치로 계산해보고 실제 출력이랑 맞춰보고 하다보니, 약 90%의 효율로 계산을 할 경우 오차범위 5%미만으로 접근하게 되더라구.

 

이렇게까지 하게 된 이유라면... 최근 시장에 공급되고 있는 대부분의 RC 제품들이 중국에서 OEM으로 만들어지고 있어.

 

특히나 변속기나 모터류는 중국에서 찍어내는 물량을 못따라가기도 하고, 여러모로 중국에서 제작된 홍콩 업체 제품들이 시장을 장악하고 있는 형태거든.

 

그렇다고 OEM이라 못믿어서 그러냐! 라기보단, 실제로 출력 뽑아보면 이게 뭔가 싶을 때가 생각보다 많아.

 

가장 큰 예로는.. RC용 인러너 BLDC 모터 중 가성비 원탑인 제품으로 SSS사의 인러너모터 시리즈가 있어.

 

표시해놓는 출력은 13000W, 8000W, 9000W 막 이래. 

 

마력으로 환산해보면 말도안되는 힘이거든. 0.75kW를 1마력으로 보니까, 근사치로는 약 750W 정도를 1마력으로 보거든.

 

근데 사람 주먹만한 모터 하나가 조금 과장해서 말 20마리가 끄는 힘을 낸다고 하니까, 그게 믿기냐는거지.

 

사실 틀린 계산법은 아니야. 

 

전력으로만 계산해보면 P = I x V 이니까, 최대 전압에 최대 소모전류량으로 단순 연산하면 소모 전력이 나오는데 그건 정확히 들어맞거든.

 

실제 효율이랑은 조금 다르지만, 단순 계산 수치로는 틀리지 않다는거지.

 

그건 그렇고, 이제 모터에 대해 조금 설명해볼게.

 

 

 

 

 

RC용 BLDC 모터에서 자주 보게 되시는 KV 는, 전압당 RPM을 의미하며 1볼트당 000 RPM으로 회전한다는 의미야.

 

예를들어 1600KV 인 BLDC 모터에서 11.1V Li-Po(리튬폴리머) 3셀 배터리를 이용하고있다면

 

11.1V * 1600 KV = 17760 RPM

 

으로 계산 할 수 있는거지.

 

하지만 실제 측정하면 수치에서 확연하게 차이를 볼 수 있을거야.

 

이 이유로는 모터를 돌리는데 사용하는 전자변속기에 있어.

 

RC에서 BLDC 모터를 이용하려면 전자변속기(ESC)를 통해 제어를 하게 되는데 ESC는 제어과정에서 에너지의 일부가 열로 방출되어 에너지 로스가 발생해. 

 

이 에너지 로스는 약 10%정도로, RPM측정기를 통해 측정하면 오차범위 5%미만으로 측정되는 것을 확인할 수 있을거야.

 

 

모터 출력확인.PNG

 

 

위 사진에서 보시면 2883 RPM이 측정된걸 볼 수 있을거야.

 

이때 사용된 부품의 스펙은 아래와 같아.

 

모터 : BLDC Leopard 4082 1600KV배터리 : 11.1 V  10,000mA

변속기 : HOBBYWING SEAKING 180A 

감속기 : Suntory copy gearhead 5.18:1 / efficiency - 90%

 

위 스펙에 맞춰 계산을 해보면

 

1600 KV * 11.1V * 0.9(변속기 효율) *0.9(감속기 효율) / 5.18 = 2777 RPM

 

으로 계산이 되거든.

 

RPM측정기로 측정된 실제 RPM은 2,883 RPM 으로 계산 값인 2,777 RPM 과 비교하여 계산 헀을때, 약 4%정도의 오차가 있긴 해(...)

 

이 부분은 조금 부연설명을 하자면, Li-Po 배터리, 리튬폴리머 배터리는 셀당 전압이 3.7v 를 평균 전압으로 보고 셀 3개를 직렬로 연결하면 11.1V가 되지.

 

근데 완전히 충전했을 때 전압은 셀당 4.2v, 즉 3셀짜리 배터리는 11.1v가 아니라, 12.6v가 된다는거지.

 

완충 됬을때 RPM은 동일 스펙 기준으로 계산해보면 3,152 RPM이 나오게 되는데 이건 완충 하자마자 꽂아서 확인했을 때 겨우 나올 수 있는 수치 정도로 보면 되고,

 

여기서 +-10% 정도의 오차를 적용해서 보면 2,837RPM이 되니 근사치가 나온다는거지.

 

효율을 두번이나 곱했으면서 왜 또 오차치를 적용하냐, 물어본다면...

 

배터리 효율까지 얘기가 나와야 하니까 원래 목적과는 달라지는 글이 되버렷..!

 

그러니,  RC용 BLDC 모터와 변속기를 이용한 RPM 값 계산은 이런식으로 할 수 있다 정도로 알아줬으면 해.

 

 

 

일단 어디까지나 위 내용은 RC용 BLDC모터에 대한 거고, 산업용 BLDC모터의 경우 계산방법이 조금 달라.

 

산업용BLDC모터.PNG

 

 

위 사진은 <모터O크>에서 공급하고 있는 산업용 BLDC 모터의 스펙 테이블이야.

 

보이는 내용와 같이 모터에 대한 상세한 수치가 작성되어 있으므로 직접 참고하면서 제품 개발에 이용하면 되거든.

 

하지만 RC모터의 경우 KV, 사용 가능한 전압, 최대 전류, 최대 출력(W) 와 같이 위 스펙표와 비교했을 때 상대적으로 부족한 정보들이 많고 정확한 수치로 계산이 어려울 수 있으니 이런 내용들을 적게 된거야.

 

 

 

산업용으로 나오는 BLDC모터들, 거기에 사용하는 모터드라이버들의 가격은 정말 천차만별에 기본적으로 어마무시하게 비싸.

 

단적으로 예를 들어보자면, 30W 짜리 BLDC용 모터드라이버의 시중가는 15,000원 가량해.

 

반면에 150W 짜리 RC용 BLDC ESC는 12,000원 정도면 저렴하게 구매할 수 있어.

 

 

물론 가격이 다른데는 이유가 있어.

 

그만큼 정밀하게 제어가 가능하고, 서로 만들어진 목적과 용도가 다르고 거기에 맞춰 사용한다는 점 정도겠지만,

 

그래도 개인적으로 이정도 가격차이는 뭔가 아닌거 같거든.

 

특히나 이제 막 개발을 시작하는 시점에서, 자원이 충분하지 않은 시점에서 스펙을 맞추기 위해 산업용 BLDC모터를 가져다 쓸 순 있겠지만...

 

비용대비로 고려 했을 때 다른 방법도 있다는 것을 알려주고 싶어서 이런 내용을 적어보게 됬어.

 

 

 

PLC제어나 자동화공정 설비를 하는 사람 입장에서 보면 다소 우스운 내용일 수 있어.

 

이야기 했듯이 용도와 목적이 다른데 이건 대충 때려맞추라는 의미로 보일 수 있을듯 해. 아마도..?

 

어디까지나.. 단순히 산업용 BLDC 말고도 RC용 BLDC모터와 변속기를 이용하는 등의 다른 선택지도 있다는 점을 알려주고 싶어서 쓴글이니까 해당 직군 실무자들의 쓴소리는 달게 받겠습니다..ㅎㅎ..

 

 

추가로, 변속기와 감속기에 있어서 단순히 효율 계산부분만 이야기 하고 넘어간 이유는 감속기에 있어 상세한 내용을 말씀드릴 정도로 깊은 지식이 있지 않기도 하도 내가 알고있는 감속기에 대한 지식이 완전히 옳은 내용이라고 이야기 하긴 힘들것 같아서 정말 간략히 적고 지나갔어.

 

거기에 변속기도 워낙 다양한 종류가 있고 스펙 역시 워낙 다양하여 제가 전부다 테스트 해보지 않아 사용해본 제품 기준으로 설명을 진행하고 있어서...

 

물론  HOBBYWING 사의 변속기는 가성비 좋은 양품이며, 대중적으로 많이 이용되는 제품이긴 해.

 

테스트 결과로도 90% 이상의 효율을 보여주는 편이고, 이정도면 나쁘지 않은 성능을 내는 거거든.

 

 

 

감속기 역시 효율 부분에서는 판매사에서 제공하고 있는 스펙과 거의 다름 없는 효율을 보여주긴 했어.

 

감속기는 특히나 산업용, 그중에서도 오차에 민감한 자동화기계 부분에서 사용되기 때문에 더욱 효율 부분에 있어 거의 오차 없이 계산하면 될 정도였고..

 

뭣보다 사용한게 중국제 저가 보급형 감속기인데도 불구하고 스펙 이상으로 잘 쓰긴 썼어.

 

사실 완전 오버스펙으로 이용했는데.. 버틴게 용한 정도라고 이야기해야 될거같긴 하지만말야 ㅎㅎ;

 

 

 

 

준비한 내용은 어디까지나 참고자료로써 처음 입문하시는 분들께 도움이 됬으면 해서 적어봤는데... 적고나니 정보라고 하기 부족한 부분이 꽤나 많아.

 

부가적인 설명이 더 필요한! 것들도 꽤나 있고...

 

다음번엔 좀 더 질 좋은 자료를 준비해서 부족한 부분을 채워보도록 할게!

 

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이번주는 설 전에 갑자기 마무리할게 많아져서..  오후 11시 즈음 해서 개발하는 동안 켜두던 방송을 요 며칠은 키질 못했어..

 

그래서 되도록이면 주간에 작업하는 동안 켜둘까 싶기도하고.. 여튼!

 

평소에는 오후 11시-12시 정도부터 새벽 2-3시까지 켜두는 편이니까..

 

전기, 전자, 기계, 설계나 3D프린터, 조형, 피규어 등등.. 관련해서 궁금한게 있으면 얼마든지 부담없이 와서 물어봐줬으면 해!

 

네이버 블로그 : https://blog.naver.com/vulcatronics/ 

 

트위치 방송국 : https://www.twitch.tv/vulcatronics

 

12개의 댓글

2019.01.31

리니어 모터도 올려줘요

0
2019.01.31
@명란파스타

리니어 액추에이터여? 고건 써본적이 없는뎅...

0
2019.01.31
[삭제 되었습니다]
2019.01.31
@몰랑이

언팩이뭐에영?

0
2019.02.01

연구실에서 기계를 만들어야되는데 진동모터를 특정 주파수 혹은 RPM으로 조절하면서 작동시키려면 뭐가 있어야되는지 알 수 있을까요? 생물쪽 랩이라 기계쪽은 아는 사람이 없어서 물어볼데가 없네요 ㅠㅠ

0
2019.02.01
@믹스댕댕이

진동모터라는게, 일반 모터 축에 편축 무게추를 달아 회전시켜 진동을 얻는 형태입니다.

붕-붕-붕 하는 패턴으로 진동 시키는건가요? 아니면 진동의 세기를 제어하시는건가요?

진동의 세기가 어느정도로 요구되는지는 모르겠지만, 시멘트 교반용으로 쓰는 진동모터의 경우는 220V AC교류모터를 이용하여 인버터를 이용한 제어를 적용해야합니다. 생물쪽 랩이라고 하시니 그정도 세기의 진동은 필요하지 않을 듯하고, 일반적인 DC모터를 이용한 진동모터를 요구하실 경우 모터드라이버를 이용한 PWM제어를 적용하면됩니다.

블로그쪽을 통해서 연락주시면 좀더 자세히 설명드릴 수 있을듯 합니다.

0
2019.02.01
@믹스댕댕이

DC든 BLDC든 서보든 어떤 모터든간에 모터 정격에 맞는 파워서플라이와 모터드라이버를 사면된다~

모터가 올바른 방향으로 도는지, 속도를 측정하기 위해 홀센서나 엔코더같은센서가 같이 달려서 오는데, 그냥 돌리기만 할꺼면 홀센서 타입, 정밀제어할꺼면 엔코더 타입으로 사면됨.

모터 드라이버에 PWM신호 받는거 있는거로 사면, 파워서플라이에서 넣어주는 정격 전압 X 속도상수 만큼의 RPM 조절 가능~

자세한건 쓰니한테 물어보면 될듯

0
2019.02.01
[삭제 되었습니다]
2019.02.01
@겐고로센세
[삭제 되었습니다]
2019.02.01
@겐고로센세

센세 카달로그 pdf하나만 보내주세여...

0
2019.02.03
@짜요
[삭제 되었습니다]
2019.02.04
@겐고로센세

님 맥슨 이면 감속기도 하지않음?

0
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