토크 리플 저감을 위한 드론 짐벌 구동 모터의 최적 설계

Abstract

Drone is the most popular invention in today’s human life area. Drones are unmanned aerial vehicles and they are remotely controlled by radio. Developed for military purpose, drone is expanding to various commercial fields such as broadcasting and movie industry, agriculture, and logistics transportation at a high speed. In addition, major countries and companies are already taking drone industry as the next main industry. The most significant portion of the commercial drones industry is the camera drone. Motors that are used for camera drone can be divided into a propulsion motor for taking-off and one for driving the gimbal of the camera. The two types of motors sold in the market are only different in the number of turns; however, unlike propulsion motors, it is desirable to design the gimbal motor that requires precise position control in a direction that minimizes the torque ripple. This paper deals with the research and development of a new type of gimbal drive motor and introduces the basic design and the process of deriving the final model to obtain the constant torque. The optimum design was carried out using finite element analysis and all the design variables were determined by considering the manufacturability.|현재 인류 생활 영역에서 가장 떠오르는 발명품을 꼽자면 단연 드론이라 할 수 있다. 드론은 무선으로 원격 조종되는 무인 항공기를 의미한다. 군사 목적으로 개발된 드론은 현재 빠른 속도로 방송 및 영화 산업, 농업, 물류 운송 등 다양한 상업용 분야로 확대되고 있으며, 주요 국가와 기업들은 이미 드론 산업을 차기 주력 산업으로 받아들이고, 드론 개발에 뛰어들고 있는 실정이다. 상업용 드론 산업에서 가장 많은 비중을 차지하고 있는 것은 촬영용 드론이다. 촬영용 드론에 쓰이는 모터는 크게 기체를 띄우기 위한 추진 모터와 카메라의 짐벌 구동을 위한 모터로 나뉠 수 있는데 시중에 판매되고 있는 두 종류의 모터는 턴 수에만 차이가 있을 뿐, 그 외 설계 사양은 동일하게 제작되고 있다. 하지만, 정밀한 위치 제어가 요구되는 짐벌 모터는 추진용 모터와 달리, 토크 리플을 최소화하는 방향으로 설계하는 것이 바람직하다. 본 논문에서는 새로운 형태의 짐벌 구동 모터 연구 개발에 관한 내용을 다루었으며, 일정한 토크를 얻기 위한 기초 설계와 최종 모델 도출 과정을 소개한다. 최적 설계는 유한요소해석을 사용하여 진행되었고, 모든 설계 변수는 실용화를 위해 제작 가능 치수를 반영하여 결정하였다.; however, unlike propulsion motors, it is desirable to design the gimbal motor that requires precise position control in a direction that minimizes the torque ripple. This paper deals with the research and development of a new type of gimbal drive motor and introduces the basic design and the process of deriving the final model to obtain the constant torque. The optimum design was carried out using finite element analysis and all the design variables were determined by considering the manufacturability.