작성자: Lauren Nagel
자주 받는 질문 중 하나는 “모터 또는 프로펠러 테스트를 할 때 토크를 측정해야 하는 이유는 무엇인가요?”입니다. 이어서 “토크를 어떻게 측정할 수 있나요?”라는 질문도 자주 받습니다.
이 두 질문 모두 설계를 최대한 활용하고자 하는 드론 설계자에게 중요합니다. 결국 모터에 입력되는 값과 출력되는 값을 비교하여 모터의 효율을 측정하는 문제입니다.
목차:
- 토크와 RPM
- 모터 효율 공식
- 토크 측정 방법
- 브러시리스 모터의 기계적 출력 계산 방법
참고: 당사의 소형 추력 스탠드와 대형 비행 스탠드 모두 토크 측정이 가능합니다.
토크와 RPM
프로펠러와 관련하여 중요한 두 가지 변수는 회전 속도와 토크입니다. 회전 속도와 토크를 곱하면 기계적 출력이 됩니다.
프로펠러와 모터가 어떻게 연결되어 있는지 살펴보면, 모터에서 프로펠러로 전달되는 유일한 연결 또는 “정보”는 RPM과 토크입니다.
그림 1: 3엽 프로펠러에 연결된 드론 모터
모터 효율 공식
모터의 반대쪽 끝에서는 배터리 또는 전원 공급 장치로부터 전기가 들어옵니다. 따라서 모터는 전기를 RPM과 토크 또는 전기적 출력을 기계적 출력으로 변환하는 장치로 볼 수 있습니다.
여기서 핵심 효율 공식이 나옵니다. 토크를 측정하면 기계적 출력을 얻을 수 있으며, 이를 전기적 출력으로 나누면 효율을 구할 수 있습니다.
토크와 RPM을 높이는 데는 설계상의 절충이 따르며, 여러 프로펠러를 테스트하는 것이 원하는 비행 유형에 가장 효율적인 모터-프로펠러 조합을 찾는 가장 좋은 방법입니다.
추가 읽을거리: 브러시리스 모터의 출력 및 효율 분석
프로펠러 효율을 동일하게 유지할 수 있다면, 전기적 출력 대비 기계적 출력의 비율을 높이는 것은 항공기가 더 오래 비행하고 더 많은 페이로드를 운반할 수 있음을 의미합니다.
모터 토크 측정 방법
토크를 측정하는 방법은 몇 가지가 있으며, 당사의 테스트 스탠드에서는 움직이는 부품이 없는 정지 상태의 견고한 시스템을 사용합니다. 이는 히스테리시스와 진동을 최소화하기 때문에 중요합니다.
Flight Stand 15 추력 스탠드에서는 모터 장착 플레이트를 사용하여 모터를 스탠드에 장착합니다. 모터 뒤에는 추력과 토크를 모두 측정하는 모노블록 로드셀이 포함된 힘 측정 장치(FMU)가 있습니다. 로드셀은 매우 정확한 측정을 보장하기 위해 추력, 토크 및 크로스토크에 대해 교정됩니다. 아래 이미지는 모터가 최소 안전 거리만큼 떨어져 있는 동축 버전 시스템을 보여줍니다. 최대 8개의 Flight Stand를 동시에 연결할 수 있어 분산 추진 테스트가 가능합니다.
추가 읽을거리: 공식을 사용한 모터 토크 계산 방법
그림 2: Flight Stand 15 모터 추력 스탠드
브러시리스 모터의 기계적 출력 계산 방법
이제 토크를 측정했으므로, 기계적 출력 공식을 완성하기 위해 모터의 RPM / 회전 속도도 측정해야 합니다.
이는 반사 테이프 조각이 센서 앞을 지날 때를 감지할 수 있는 소형 광학 RPM 센서를 사용하여 수행됩니다. 함께 제공되는 전자 장치는 카운터를 사용하여 반사 테이프가 센서를 몇 번 통과했는지 결정하며, 이를 통해 회전 속도를 계산할 수 있습니다. 회전 속도는 ESC 신호를 사용하여 전기적으로도 측정할 수 있습니다. 이 방법은 기계적으로 더 간단하지만 모터의 부하와 크기에 더 민감합니다.
이 수치에 회전 속도를 곱하고 그 결과를 전기적 출력으로 나누면 기계적 출력을 얻을 수 있습니다.
추가 읽을거리: 드론 설계 계산 및 가정
결론
추진 시스템을 설계할 때 시스템의 토크를 측정하는 것은 필수적입니다. 이를 통해 프로펠러 효율과 별도로 모터 효율을 측정할 수 있기 때문입니다. 여기서는 토크를 측정하는 방법과 이 정보를 사용하여 더 효율적인 드론을 제작하는 방법을 다루었습니다.
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