DIY Motors-국내 동호회 CD BLDC를 중심으로

[구름치기]

고마우신 지인의 도움으로 잠시 브러시리스 컨트롤러를 빌려 쓸 수가 있게 되었습니다. 브러시리스 컨트롤러의 사용법도 알아볼 겸 해서
CDROM 브러시리스 모터를 제작해 보았습니다. 오래전 못쓰게된 CDROM 에서 빼낸 것인데 캔의 직경은 22mm, 내부 고정자는 직경 18mm 에
두께가 4.5mm 입니다. 청동 부싱사양이며 캔 내부의 자석은 고무자석이 아닌 페라이트 자석처럼 보입니다.


개조 후의 모습입니다. 무게는 사진에 보이는 상태로 17.5g 입니다.


고정자와 캔입니다. OUTRUNNER 타입이므로 고정자를 잡아주는 것이 필요한데 대오리를 접착제로 고정해서 임시로 붙였습니다.


코일은 못쓰게된 GWS IPS 모터의 것을 사용했습니다. 코일의 굵기는 약 0.2mm 정도 됩니다. 30턴으로 델타결선으로 감았습니다.


원래 있던 샤프트의 직경이 2mm 라 GWS LPS 샤프트와 교체가 가능했습니다. 앞쪽의 기어는 아무 의미가 없는 것입니다.



서둘러 개조를 마치고 EP5030 프로펠러를 연결해 테스트를 했습니다. 배터리를 연결하고 스로틀을 올리자 '드득' 하면서 조금 떨렸습니다.
스로틀을 아주 조금 더 올려주자 부드럽게 모터가 회전하기 시작했습니다. 아, 얼마나 기쁜 순간이던지요!!! 이 기쁨이 가시기 전에 추력
과 소비전류를 측정해 보고 싶었습니다. 드디어 전자저울이 요긴하게 쓰입니다.^^ 저울의 짐판에 두꺼운 폼을 양면테이프로 고정하고 폼
가운데 개조한 모터의 대오리를 꽂아 대충 추력 측정기를 만들었습니다. 프로펠러는 푸셔방식으로 고쳐 달고 배터리와 모터사이에 전류계를
연결했습니다.

테스트 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

	추력	소비전류	전압
초반	95g	2.6A	7.4V
중반	83g	1.8A	7.0V

코일만 새로 감은 것 이외에는 별다른 개조랄 것이 없었는데도 괜찮은 성능을 보입니다. 부싱을 베어링으로 교체하고 캔내부 자석을 네오디뮴
자석으로 교체한다면 더욱 향상된 성능을 보이리라 생각합니다. 앞으로 다양한 굵기의 코일에 턴수를 가감해 가면서 테스트 해 볼 것입니다.
첫 시도치고는 만족할 만한 결과를 얻어 기뻤습니다. 원하는 결과가 나올 때까지 테스트는 계속됩니다.

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD

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주문한 부품들이 아직 오지 않아 여기저기서 빼낸 여러가지 코일과 네오디뮴 자석으로 다른 CDROM 브러시리스 모터를 만들어 보았습니다.
여러가지 굵기의 코일을 스타결선, 델타결선 방식으로 감아가며 테스트했습니다. 그 중 괜찮은 효율을 보인 것은 GWS IPS 모터의 코일을
27턴, 델타 결선으로 감았을 때였습니다. 이번엔 베어링 사양이라 회전시 더욱 부드러웠습니다.


고정자를 기수에 설치한 모습입니다. IPS DD 모터용 마운트를 길이에 맞게 잘라내어 그대로 사용했습니다.


네오디뮴 자석을 붙인 캔 내부 모습입니다. 6 x 6 x 1.5 규격의 네오디뮴 자석을 대충 반으로 잘라 12개를 붙였습니다. 캔은 다른 CDROM
모터의 외부캔(내부 회전캔이 아닌 외부의 고정된 캔)입니다. 자석을 붙이고 나서 자석과 고정자 사이에 갭이 없어 고정자가 캔 내부에
들어가지도 않았습니다. 결국 고정자를 샌딩해서 외경을 많이 줄인 다음에야 캔 속에 삽입이 가능했습니다. 덕분에 자석과 고정자 사이의
갭이 아주 적당하게 되었습니다.


크기가 작아 소형 전동기의 기수에 설치해도 별 문제가 없습니다.


카울을 씌워 보았습니다.



EP5030을 달고 추력과 소비전류를 측정해 본 결과 아래와 같았습니다.

측정 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

	추력	소비전류
초반	108g	2.8A

기체에 장착해 비행한 결과 기존의 IPS DD 일 때보다 추력에 여유가 있어 훨씬 완만하고 여유있는 커다란 루프가 가능했습니다. 아직 추력대
중량비가 1:1 은 되지 않기 때문에 수직 상승은 불가능했습니다. 현재 목표는 리튬폴리머 2셀, EP5030 으로 3A 이하의 소비전류로 140g 이상
의 추력을 내는 것입니다. 과연 해낼 수 있을까요?

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD

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주문한 부품들이 도착했습니다. 캔은 외경이 약 26mm 로 이전에 만들어 오던 것보다 조금 더 컸습니다. 캔의 축구경이 3mm 용으로 가공이
되어있어 2mm 샤프트를 사용하려면 조금 궁리를 해야겠습니다. 황동부품과 3mm 샤프트의 사용 등으로 전체적으로 무게가 많이 늘었습니다.


완성모습입니다. 무게는 프로펠러와 세이버 포함 25.4g 입니다. 감량을 위해 캔과 고정자를 제외한 대부분의 부품을 교체해야겠습니다.


26AWG 사이즈로 약 0.4mm 가량 되는 코일을 16턴, 스타결선으로 감았습니다. 델타결선으로 감기엔 코일이 굵어 충분한 턴수가 나오지 않습
니다. 이렇게 되면 전류를 많이 소비해 효율이 떨어집니다. 코일이 굵을수록 스타결선을 택하는 것이 유리할 것 같습니다.


황동관 사이에 6X3 규격의 베어링 하나가 들어갑니다. 감량을 위해선 황동관을 가벼운 대체품으로 교체하고 샤프트와 베어링도 2mm 짜리로
바꿔야겠습니다.


캔의 내부에 5 X 5 X 1 의 네오디뮴 자석 12개를 붙였습니다. 자석 사이의 간격을 맞추는 것은 그리 어렵지 않았습니다. 자석과 캔의 고정은
묽은 순간 접착제를 사용하면 됩니다.


완성까지 걸리는 시간은 대략 30분에서 1시간 남짓입니다.



추력과 소비전류를 측정해 본 결과 아래와 같았습니다.

측정 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

	추력	소비전류
EP6030 초반	150g	3.0A
EP5030 초반	94g	2.6A

EP6030 에서 좋은 성능을 보입니다만 EP5030에서는 만족할 만한 성능이 나오지 않았습니다. 앞으로 EP5030 에서 가장 좋은 효율을 보이는 턴
수와 코일을 찾아 계속 실험할 생각입니다.
비행 결과 340mAh 2셀을 사용했을 때는 초반 몇 분 동안 어설프나마 수직 상승이 가능했는데 모터의 막무가내식 설치로 인해 수직 상승시
옆으로 자세가 흐트러지는 등의 나쁜 모습을 보였습니다. 잦은 추락으로 기체도 너덜너덜해지고......^^ 그래도 테스트는 계속 됩니다.....

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD
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감량과 본격적인 성능향상을 위해 알루미늄관 및 몇 가지 코일을 준비했습니다. 캔이나 고정자 등은 다양한 선택이 거의 불가능하므로
현재 상황에서 가장 효율이 좋게 만들려면 코일을 바꿔가면서 테스트 하는 수 밖에는 없을 듯 합니다.


여러가지 굵기의 코일과 지지대를 만들기 위한 알루미늄관입니다.


감량을 위해 2mm 샤프트로 교체하고 알루미늄관은 적당한 길이로 잘랐습니다. 현재 무게는 14.9g 입니다. 확실히 가벼워졌습니다.


조립한 모습입니다. 아래에서 다시 언급을 하겠지만 자석을 붙일 때 아주 중요한 포인트가 있습니다.


지지대 하나 바꿨을 뿐인데...... 모양이 삽니다.^^


역시나 삽니다......


0.32mm 굵기의 코일을 25턴 델타결선으로 감은 모습입니다. 완성중량은 18.2g 으로 지난 번 보다 5g 이상 감량이 되었습니다. 감량 성공!!



하루 종일 코일만 감은 날이었습니다. 기초 지식이 부족하니 무식하게 감아보는 방법 밖에 없습니다. 휴~
코일의 사이즈와 턴수, 결선방식을 바꾸어 가며 추력과 소비전류를 측정해 본 결과 아래와 같았습니다(동일한 배터리를 사용했으므로 추력과
소비전류에 오차가 있을 수 있습니다).

측정 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.30	19	델타	130	4.4	EP5030
0.32	25	델타	117	3.4	EP5030
0.32	12	스타	120	3.6	EP5030
0.35	20	스타	61	1.8	EP5030
0.35	14	스타	97	2.6	EP5030
0.35	10	스타	122	4.2	EP5030
0.35	13	스타	118	3.1	EP5030
0.35	13	스타	160	4.1	EP6030
0.40	14	스타	110	3.1	EP5030
0.40	14	스타	167	3.9	EP6030

결과 0.35mm 13턴 스타결선과 0.4mm 14턴 스타결선에서 괜찮은 성능을 보였습니다. 이쯤이면 거의 한계가 아니겠나 생각하면서도 현재 상황에서
효율을 높일 수 있는 방법이 뭐가 있을까 고민했습니다. 모터를 살펴보던 중 한 가지 석연치 않은 구석을 찾아냈습니다. 바로 자석과 고정자의
정렬이었습니다. 그림을 그려 쉽게 설명을 드리겠습니다.

그림은 캔과 고정자, 모터의 측단면을 나타낸 것입니다. 왼쪽 그림은 현재까지 테스트 해 오던 모터의 자석 설치와 고정자의 모습입니다. 캔의
깊이가 자석의 길이보다 깊기 때문에 자석을 캔의 아래에 밀착시켜 붙였습니다. 아무 생각없이 쉽게 붙여버린 것입니다. 뭐 별 문제될 것이 있
겠나 싶었습니다만 조금만 더 주의깊게 생각을 해 보니 아주 잘못되었다는 것을 알았습니다. 고정자의 두께가 약 4.5mm , 자석의 길이는 5mm
이므로 왼쪽의 그림처럼 자석을 붙여버리면 자석과 고정자 사이에 충분한 에너지의 전달(뭔가 적절한 용어가 없을까요???)이 어렵다는 것을 알
수 있습니다. 즉시 자석을 떼내고 - 순간접착제로 붙어있지만 얇은 커터 등으로 떼내면 떨어집니다. 절대 불에 대고 녹여서는 안됩니다- 고정자
와 가장 큰 힘을 받을 수 있도록 맞추어 다시 붙였습니다. 그 결과는 놀라운 것이었습니다.

자석 재배치 후 측정 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.35	12	스타	121	3.2	EP5030
0.35	12	스타	177	4.1	EP6030
0.40	13	스타	118	2.9	EP5030
0.40	13	스타	174	3.9	EP6030
0.40	14	스타	110	2.5	EP5030
0.40	14	스타	165	3.5	EP6030

0.4mm 14턴, 스타결선의 경우 자석 정렬 전 3.1A 를 소비하던 것이 정렬 후 2.5A 로 0.6A 나 전류 소모가 줄어들었습니다. 추력은 변함이 없
었습니다. 효율이 좋아졌다는 증거입니다. 정말 알면 알수록 재미있습니다. 현재 상황에서 이 모터가 낼 수 있는 성능의 최대치가 되지 않았
나 하는 생각이 듭니다. 더 두꺼운 자석을 사용하고 고정자를 그라인딩해서 사용해 볼까 생각도 하고 있습니다. 파워을 높이려면 두꺼운 자석
으로 교체하고 고정자의 편수를 늘리고 캔의 높이도 높은것으로 사용해야 할 것 같습니다만 이것은 지금 추진하고 있는 내용과는 조금 거리가
있습니다.
소비전류의 조절을 위해서는 얇은 코일을 사용해 가감하면서 감는 것이 좋겠습니다. 굵은 코일과 얇은 코일 사이의 한 번 감고 덜 감고의 차이
는 엄청나기 때문입니다.

'뭐 별 것 없구만, 추력도 시원찮고'라고 생각하시는 분들도 계실 겁니다. 유념하셔야 할 것은 EP5030 에서 좋은 성능을 내는 모터를 만들고
있다 라는 것입니다. 시간이 나면 조금 더 큰 프로펠러를 사용할 수 있도록 만들어 볼 계획입니다. 150g 이하의 프로파일 3D 기체도 가능하겠
지요?^^ 성능 개선은 계속 됩니다......

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD
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현재 상황에서 더 좋은 성능을 낼 수 있을까요? 좀 더 두꺼운 자석이 있다면 사용해 보고 싶었지만 없으니 어쩔 수 없고 현재로선 고
정자의 편수를 늘리는 수 밖에 없었습니다. 코일을 다시 풀고 다른 고정자에서 빼낸 고정자편 하나를 기존의 고정자에 덧붙였습니다.
그냥 붙인 것이 아니고 고정자의 플라스틱 절연판을 제거하고 그 위에 고정자편 하나를 더 얹은 것입니다. 철심은 뭉쳐야 삽니다.^^
네 번째 시도 의 사진에서 고정자를 보시면 얇은 플라스틱 판으로 처리가 되어 있는 것을 알 수 있습니다. 옛날 자연시간(-과학시간?)에
전자석을 만들어 보셨을 겁니다. 쇠못을 불에 달구어 식힌 다음 종이를 말아서 그 위에 코일을 감지요. 기억을 살려보십시오!!^^ 고정
자에 아래위로 얇게 처리된 플라스틱판이 바로 쇠못에 말았던 종이역할을 합니다. 이거 아주 중요합니다. 코일에는 에나멜로 처리가 되
어 있으니 그냥 감아도 무방하겠지라고 생각했는데 잘못된 생각이라는 것을 알았습니다. 모터가 돌아가지 않더군요. 결국 코일을 풀고
종이테이프로 절연처리를 한 다음 코일을 다시 감았습니다. 하나 더 붙였다고 별반 다를게 있겠나 싶었습니다. 결과는......

측정 결과(KOKAM 340mAh 7.4V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.30	11	스타	135	3.4	EP5030
0.30	11	스타	179	4.6	EP6030
0.30	20	델타	153	3.6	EP5030
0.30	21	델타	138	3.3	EP5030

추력이 엄청 증가했음을 알 수 있습니다. 그러면 고정자편을 더 늘리면 어떻게 될까요? 힘겹게 감은 코일을 다시 풀어서 고정자편 2개를
더 붙였습니다. 절연처리를 하고 코일을 감은 다음 ESC 와 연결....두근 두근.... 스로틀을 올리자 전류계의 바늘은 끝까지 올라가버리고
모터는 돌지 않습니다. 코일을 잘못 감았나하고 다른 코일로 다시 감아도 결과는 마찬가지. 모터를 살펴보니 고정자의 두께가 자석의 길이
를 초과한 것을 알았습니다(그림 참고). 음... 고정자가 자석의 길이보다 길면 안되는구나 라는 것을 우연히 알게 되었습니다. 여기엔 과학
적으로 복잡한 아니면 아주 단순한 뭔가가 있어서 그런 것 같습니다. 자기장의 영향이라던지...... 기타 뭔가가....

결론적으로 가장 좋은 효율을 보일 때는 고정자의 두께와 자석의 길이가 같을 때가 아닌가하고 조심스럽게 추측해 봅니다(자석이 고정자보다
긴 것은 회전에 문제가 없더군요). 이제 다른 방편으로 더 두꺼운 자석을 사용해 보는 것입니다. 6.4 X 6.4 X 1.2 자석은 바로 구매가 가능하
지만 제가 원하는 사이즈가 아니군요. 6 X 2.5 X 1.2 사이즈나 6 X 5 X 1.2 사이즈의 자석을 특별주문해야 할 듯 합니다. 많은 출혈이 예상됩
니다만 원하는 결과를 얻기 위해서는 어쩔 수 없습니다. 자석이 두꺼워지므로 고정자의 그라인딩은 필수입니다. 자석의 배열에 따른 성능의
차이에 대해서도 실험을 해 봐야 할 듯 합니다. 현재는 NSNSNS..... 방식의 배열입니다.

위의 모터로 소형 저익기를 날려본 결과 340mAh 2셀에서 무난한 수직기동이 가능했습니다. 중스로틀 정도에서 IPS DD 급의 출력이 나오므로
전체적인 비행 성능은 IPS DD 급과는 비교할 수 없을 정도입니다. 하지만 아직 3A 이하에서 140g 이상의 추력이 나오지 않았으므로 개선은
앞으로도 계속 됩니다.

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD
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EP6030, 리튬폴리머 2셀용 CDROM 브러시리스 모터 최종본이 나왔습니다. 자석을 N45에서 N48로 교체하는 등 많은 시도를 해 보았지만 특별히 성능이 좋아지지는 않았습니다. 거의 올 때까지 왔다는 느낌을 받고 최적화에 들어갔습니다.

자석은 네오디뮴 N45 5 X 5 X 1 을 사용했고 고정자 철편을 2개 더 붙였으며 코일은 0.27mm 를 새로 구입하여 21턴 델타결선으로 감았습니다.

모터만의 무게는 18.3 g 입니다.


코일 방열과 모양내기를 위해 캔에 구멍을 좀 뚫었습니다.^^


EP6030을 포함한 무게는 20.5g 입니다.


측정 결과(E-TEK 700mAh 7.4V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.27	21	델타	145(초기)	3.2	EP5030
0.27	21	델타	129(중반)	2.8	EP5030
0.27	21	델타	210(초기)	4.5	EP6030
0.27	21	델타	187(중반)	4.2	EP6030

EP6030 에서의 효율이 특히 좋습니다(EP6030 사용을 감안하고 만들었기 때문입니다). Microtex 20/5/14 와 비교해도 EP6030 에서의 추력이나 전류소모는 큰 차이가 없는 것 같습니다(Microtex 20/5/14 의 경우 3.8A, 180g 의 추력이라고 나와 있습니다).

제가 만드는 소형 전동기의 경우 3서보에 E-TEK 700mAh 7.4V 를 사용할 경우 140~150g 의 비행중량에 추중비가 1.2 ~ 1.3 정도 되기 때문에 수직기동에도 전혀 문제가 없습니다( Ultimate 의 비행에서 이미 검증이 되었습니다). 앞으로 과제는 기체를 더 가볍고 더 튼튼하고 더 잘 날게 만드는 것입니다. 이것은 끝나지 않는 과제이겠지요.

이제 리튬폴리머 3셀용 또는 2셀용으로 좀 더 큰 프로펠러를 돌릴 수 있도록 CDROM 브러시리스 모터를 만들어 보겠습니다. GEEBEE Z 에 사용하려면 프로펠러가 더 커야 하니까요. 또 만족할 성능을 얻을 때까지 실험은 계속됩니다.......

잘못된 정보를 알려드려 죄송합니다.

CDROM 브러시리스 모터 제작의 다섯 번째 시도에서 고정자의 두께가 자석의 크기를 초과하면 모터가 돌아가지 않는다고 말씀드렸습니다. 허나 몇 번의 실험 중 잘못된 정보라는 것이 확인되었습니다. 고정자의 두께가 자석의 크기보다 커도 전혀 문제없이 모터는 돌아갔습니다. 단, 효율은 더 떨어졌습니다(고정자의 두께가 자석의 크기보다 클 경우 열이 많이 나고 효율은 떨어진다고 합니다). 아마 고정자 철편을 늘리는 과정에서 고정자 절연이 제대로 되지 않았던 것 같습니다(절연처리가 안된 고정자를 사용할 경우 모터가 돌아가지 않는 것은 확실합니다). 어설픈 실험으로 여러분들께 잘못된 정보를 알려 드린 점 깊이 사과드립니다.

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD
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27mm 캔을 사용하는 CD BL 모터로는 어느 정도 성과를 올려 조금 더 작은 캔을 이용한 CD BL 모터를 제작해 보았습니다. 캔의 크기는 외경이 24mm 로 20mm 고정자에 맞게 제작되었습니다. 고정자의 편수를 하나 줄이고 자석은 5X5X1 사이즈의 네오디뮴 12개를 사용합니다.


27mm 캔의 CD BL 과 크기를 비교해 보았습니다.


무게는 프로펠러와 스피너를 제거하고 17.4g(3mm 샤프트) 으로 27mm 캔 CD BL 모터보다 약 2g 가볍습니다.

측정 결과(E-TEK 700mAh 7.4V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.27	23	델타	154	3.8	EP5030
0.27	23	델타	197	4.8	EP6030

효율은 27mm 캔을 사용하는 CD BL 모터가 더 좋습니다. 캔 사이즈가 24mm인 CD BL 모터는 기수가 작은 소형 기체(워버드)에 적합합니다.

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD
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현재 사용하는 CD BL 모터에 리튬폴리머 2셀로는 추력을 올리는데 한계가 있어 리튬폴리머 3셀에 사용가능하도록 감아보았습니다. 특별히 개조한 것은 없고 코일만 0.27mm 를 32턴 델타로 감았습니다.

측정 결과(E-TEK 1200mAh 11.1V)

코일 사이즈(mm)	턴수	결선방식	추력(g)	소비전류(A)	프로펠러(GWS)
0.27	32	델타	288	4.8	EP6030
0.27	32	델타	327	?(약 6A 정도)	EP7035

테스트에 사용한 모터가 최종본이 아닌 중간에 개조하던 것이라 최종본보다 성능이 떨어집니다. 그래도 추력이 300g 가까이 추력이 나오니 프로파일 3D 기체에는 충분히 적용이 가능할 것 같습니다. 특히나 3셀을 사용할 경우 중스로틀에서 효율이 아주 좋기 때문에 2셀로 쓰는 것보다 3셀 중스로틀로 사용하는 것이 전류소모가 적다는 것을 알았습니다. 하지만 3셀의 경우 배터리 1셀만큼의 무게가 증가하기 때문에 기체가 무거워지는 단점이 있습니다. KOKAM 340mAh 3셀을 사용하면 무게도 많이 늘지 않고 추력은 40% 정도 증가하므로 좋을 것 같습니다. 코일도 바꾸고 모터도 최종본으로 새로 만들어 다시 테스트해야겠습니다.

CDROM 모터 개조 관련 EZONE THREAD

   

One hour CD ROM motor construction PART 4!!
One hour CD ROM motor construction PART 5!!