Bezkartáčové motory: 7 krokov

2024 Autor: John Day | [email protected]. Naposledy zmenené: 2024-01-30 11:59

Tento návod je sprievodcom/prehľadom motorickej technológie, ktorá stojí za modernými motormi kvadrokoptér nadšencov. Aby sme vám ukázali, čo sú kvadrokoptéry schopné, pozrite si toto úžasné video. (Sledujte hlasitosť. Je to veľmi hlasné) Všetok kredit patrí pôvodnému vydavateľovi videa.

Krok 1: Terminológia

Väčšina bezkartáčových motorov je zvyčajne opísaná dvoma sadami čísel; ako napríklad: Hyperlite 2207-1922KV. Prvá sada čísel sa týka veľkosti statora motora v milimetroch. Tento konkrétny stator motora je 22 mm široký a 7 mm vysoký. Starý DJI Phantoms používal 2212 motorov. Rozmery statora zvyčajne sledujú trend:

Vyšší stator umožňuje vyšší výkon najvyššej triedy (vyššie rozsahy otáčok)

Širší stator umožňuje silnejší výkon spodnej časti (nižšie rozsahy otáčok)

Druhá sada čísel je hodnotenie KV motora. Hodnotenie KV motora je rýchlostná konštanta konkrétneho motora, čo v zásade znamená, že motor vytvorí spätný EMF 1 V, keď sa motor točí pri týchto otáčkach alebo sa bude otáčať pri nezaťažených otáčkach KV pri použití 1 V. Napríklad: Tento motor spárovaný s lipo 4S bude mať teoretické nominálne otáčky 1922 x 14,8 = 28, 446 ot / min

V skutočnosti motor nemusí dosiahnuť túto teoretickú rýchlosť, pretože existujú nelineárne mechanické straty a straty odporového výkonu.

Krok 2: Základy

Elektromotor vyvíja krútiaci moment striedaním polarity rotujúcich elektromagnetov pripevnených k rotoru, rotujúcej časti stroja a nepohyblivých magnetov na statore, ktorý obklopuje rotor. Jedna alebo obe sady magnetov sú elektromagnety, vyrobené z cievky z drôtu navinutého okolo feromagnetického jadra. Elektrická energia prechádzajúca vinutím drôtu vytvára magnetické pole, ktoré poskytuje energiu poháňajúcu motor.

Konfiguračné číslo vám povie, koľko elektromagnetov je na statore a koľko permanentných magnetov je na rotore. Číslo pred písmenom N udáva počet elektromagnetov, ktoré sa nachádzajú v statore. Číslo pred P ukazuje, koľko permanentných magnetov je v rotore. Väčšina bezkartáčových bezkartáčových motorov dodržiava konfiguráciu 12N14P.

Krok 3: Elektronický regulátor rýchlosti

ESC je zariadenie, ktoré prevádza jednosmernú elektrickú energiu z batérie na striedavý prúd. Na moduláciu rýchlosti a výkonu motora je potrebný aj vstup údajov z letového ovládača. Na túto komunikáciu existuje niekoľko protokolov. Primárne analógové sú: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 a Multishot. Tieto však boli pre kvadrokoptéry zastarané, pretože prišli nové digitálne protokoly s názvom Dshot. Nemá žiadne problémy s kalibráciou analógových protokolov. Pretože existujú digitálne bity odosielané ako informácie, signál nie je narušený meniacimi sa magnetickými poľami a napäťovými hrotmi, na rozdiel od ich náprotivku. Dhsot nie je skutočne znateľne rýchlejší ako Multishot do DShot 1200 a 2400, ktoré v tomto bode môžu bežať iba na niekoľkých ESC. Skutočnými výhodami Dshotu sú predovšetkým obojsmerná komunikačná kapacita, najmä schopnosť odosielať údaje o miestnosti späť do FC na použitie pri ladení dynamických filtrov a schopnosť vykonávať činnosti, ako je režim korytnačky (dočasne obrátiť ESC na preklopenie štvorkolky) koniec, ak je prilepený hore nohami). ESC je primárne vyrobený zo 6 mosfetov, 2 pre každú fázu motora a mikrokontroléra. Mosfet v zásade strieda medzi prepínaním polarity na určitej frekvencii, aby reguloval otáčky motora. ESC majú aktuálne hodnotenie, pretože to je maximálna spotreba prúdu, ktorú môže ESC dlhodobo udržať.

Krok 4: Účinnosť

(Viacvláknový: Jeden prameň fialového motora: oranžový motor)

Drôt:

Viacžilové vodiče môžu v danej oblasti zabaliť väčší objem medi v porovnaní s jediným hrubým drôtom navinutým okolo statora, takže sila magnetického poľa je o niečo silnejšia, ale celkový odber energie motora je obmedzený kvôli tenkým vodičom (Vzhľadom na to, že viacžilový motor je konštruovaný bez akéhokoľvek kríženia vodičov, čo je vzhľadom na kvalitu výroby veľmi nepravdepodobné). Hrubší drôt môže prenášať viac prúdu a udržiavať vyšší výkon v porovnaní s rovnako skonštruovaným viacžilovým motorom. Je ťažšie postaviť správne skonštruovaný viacvláknový motor, preto je väčšina kvalitných motorov postavená z jedného vlákna (pre každú fázu). Malé výhody viacžilových rozvodov sú ľahko prekonané výrobou a priemerným projektovaním, nehovoriac o tom, že ak dôjde k prehriatiu alebo skratu niektorého z tenkých drôtov, existuje oveľa viac priestoru pre nešťastie. Jednovláknové zapojenie nemá žiadny z týchto problémov, pretože má oveľa vyšší prúdový limit a minimálne body skratu. Z dôvodu spoľahlivosti, konzistencie a účinnosti sú jednovláknové vinutia najlepšie pre bezkartáčové motory quadcopter.

P. S. Jeden z dôvodov, prečo sú viacžilové vodiče pre niektoré konkrétne motory horšie, je dôsledok kožného efektu. Účinok na kožu je tendencia distribúcie striedavého elektrického prúdu vo vodiči tak, že prúdová hustota je najväčšia v blízkosti povrchu vodiča a klesá s väčšími hĺbkami vodiča. Účinok hĺbky pokožky sa líši v závislosti od frekvencie. Pri vysokých frekvenciách sa hĺbka pokožky stáva oveľa menšou. (Na priemyselné účely sa lítiový drôt používa na vyrovnanie zvýšeného odporu striedavého prúdu v dôsledku efektu kože a šetrí peniaze) Tento efekt stiahnutia z kože môže spôsobiť, že elektróny preskočia cez drôty v rámci každej skupiny cievok, čím sa navzájom účinne skratujú. Tento efekt sa zvyčajne vyskytuje, keď je motor mokrý alebo používa vysoké frekvencie viac ako 60 Hz. Efekt sťahovania z kože môže spôsobiť vírivé prúdy, ktoré zase vytvárajú horúce miesta vo vinutí. Preto nie je použitie menšieho drôtu ideálne.

Teplota:

Permanentné neodýmové magnety používané pre bezkartáčové motory sú pomerne silné, zvyčajne sa pohybujú od N48-N52, pokiaľ ide o magnetickú silu (čím vyššie, tým silnejšie je N52 podľa mojich znalostí najsilnejšie). Neodymové magnety typu N pri teplote 80 ° C strácajú časť magnetizácie natrvalo. Magnety s magnetizáciou N52 majú maximálnu pracovnú teplotu 65 ° C. Prudké ochladenie neodymovým magnetom neškodí. Odporúčame, aby ste motory nikdy neprehrievali, pretože smaltovaný izolačný materiál na medených vinutiach má tiež teplotný limit a ak sa roztavia, môže to spôsobiť skrat motora alebo dokonca ešte horšie, váš letový ovládač. Dobrá zásada je, že ak sa po krátkom 1 alebo 2 minútach letu nemôžete veľmi dlho držať motora, pravdepodobne sa motor prehrieva a toto nastavenie nebude pri dlhšom používaní životaschopné.

Krok 5: Krútiaci moment

Rovnako ako existuje konštanta rýchlosti motora, existuje aj konštanta krútiaceho momentu. Obrázok vyššie ukazuje vzťah medzi konštantou krútiaceho momentu a konštantou rýchlosti. Ak chcete zistiť krútiaci moment, konštantu krútiaceho momentu vynásobte prúdom. Zaujímavosťou krútiaceho momentu v bezkartáčových motoroch je, že kvôli odporovým stratám obvodov medzi batériou a motorom vzťah medzi krútiacim momentom a KV motora nie je taký priamy, ako naznačuje rovnica. Priložený obrázok ukazuje skutočný vzťah medzi krútiacim momentom a KV pri rôznych otáčkach. Vzhľadom na pridaný odpor celého obvodu % zmena odporu nie je ekvivalentná % zmene KV, a preto má vzťah zvláštnu krivku. Pretože zmeny nie sú proporcionálne, nižší variant motora KV má vždy väčší krútiaci moment až do určitých vysokých otáčok, kde svetlá výška otáčok motora s vysokým KV preberá silu a vytvára väčší krútiaci moment.

Na základe rovnice KV mení iba prúd, ktorý je potrebný na vytvorenie krútiaceho momentu, alebo naopak, koľko krútiaceho momentu je produkované určitým množstvom prúdu. Schopnosť motora skutočne vytvárať krútiaci moment je faktorom, ako je sila magnetu, vzduchová medzera, plocha prierezu vinutí. Ako sa otáčky zvyšujú, prúd dramaticky stúpa predovšetkým v dôsledku nelineárneho vzťahu medzi energiou a otáčkami.

Krok 6: Ďalšie funkcie

Motorový zvon je časť motora, ktorá v remesle spôsobí najväčšie škody, preto je nevyhnutné, aby bol vyrobený z najlepšieho materiálu na tento účel. Väčšina lacných čínskych motorov je vyrobená z hliníka 6061, ktorý sa pri tvrdom náraze ľahko zdeformuje, takže sa pri lietaní držte ďalej od asfaltu. Prémiová strana motorov používa hliník 7075, ktorý ponúka oveľa väčšiu odolnosť a dlhšiu životnosť.

Nedávnym trendom v motoroch kvadrokoptéry je mať dutý titánový alebo oceľový hriadeľ, pretože je ľahší ako pevný hriadeľ a má veľkú konštrukčnú pevnosť. V porovnaní s plným hriadeľom má dutý hriadeľ menšiu hmotnosť pre danú dĺžku a priemer. Navyše je dobré pokračovať s dutými hriadeľmi, ak kladieme dôraz na zníženie hmotnosti a zníženie nákladov. V porovnaní s plnými hriadeľmi sú duté hriadele oveľa lepšie znášať torzné zaťaženie. Titánový hriadeľ sa navyše nebude tak ľahko odizolovať ako oceľový alebo hliníkový hriadeľ. Kalená oceľ môže byť v skutočnosti z hľadiska funkčnej pevnosti lepšia ako niektoré zliatiny titánu bežne používané v týchto dutých hriadeľoch. To skutočne závisí od konkrétnych diskutovaných zliatin a použitej techniky kalenia. Za predpokladu, že bude pre oba materiály najvhodnejší, bude titán ľahší, ale o niečo krehkejší a tvrdená oceľ bude tvrdšia, ale o niečo ťažšia.

Krok 7: Referencie/ zdroje

Extrémne podrobné testovanie a prehľad konkrétnych motorov kvadrokoptéry nájdete na stránke EngineerX na YouTube. Zverejňuje podrobné štatistiky a testuje motory s rôznymi vrtuľami.

Zaujímavé teórie a ďalšie doplňujúce informácie o svete FPV závodov/voľných štýlov sledujte KababFPV. Je to jeden z najlepších ľudí, ktorých je možné počúvať pri vzdelávacích a intuitívnych diskusiách o technológii kvadrokoptéry.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Užite si túto fotografiu.

Ďakujem za návštevu.