Что такое бесколлекторный двигатель?

На что еще следует обратить внимание при выборе двигателя

Выше я написал, что вам нужно смотреть на тягу, которую развивает двигатель (Pull g).

Но вам также стоит обратить внимание на эффективность — Efficiency — граммы на ватты.

Что это значит? Все просто, чем больше Watt тратится, тем быстрее разрядится аккумулятор. Да, двигатель поднимет 710 грамм, но быстро разрядит аккумулятор, то есть, ему потребуется очень много энергии.

Это и ответ на вопрос — какие пропеллеры выбрать для двигателя — смотрим таблицу и выбираем наиболее эффективные.

| двигатели | электрические | faq по бесколлекторным двигателям для авиамоделей

Бесколлекторный мотор плохо стартует[править]

Мотор плохо стартует, то есть начинает вращаться, а потом останавливается…

• Большинство причин кроется в больших скачках тока и, как следствие, провалах питающего напряжения. В первую очередь проверьте провода до аккумулятора. Пробную проверку лучше производить на той длине проводов, которые даны изготовителем, или короче.
• Попробуйте снять нагрузку с мотора и проверить его на холостом ходу. Если так всё в порядке, а при установке пропеллера возникают проблемы, только дергается в одном направлении, попробуйте поставить мягкий старт или увеличить время акселерации. Также здесь поможет установка плавного выключения мотора.
• Контроллеры, у которых есть ограничение тока, всегда имеют индикацию этого режима – это поможет установить, произошло срабатывание токовой защиты или нет.

Вес и тяга двигателей

В мультироторных квадрокоптерах, двигатели обычно могут поднять 50% от веса самого дрона, то есть, вес дрона в рабочем состоянии 400 грамм, значит он сможет поднять еще примерно 200 грамм полезного груза, при этом, стик газа будет на середине. А общая тяга двигателей для такого квадрокоптера должна быть не менее 800 грамм.

Запас мощности — важное правило, чтобы оставалась возможность полного управления квадрокоптером под нагрузкой, особенно в ветер или во время резких маневров. Для съемочных дронов должен быть запас тяги к весу 2:1 минимум, для гоночных в 2 раза больше.

Для гоночных квадрокоптеров нужны очень маневренные и мощные двигатели, у которых тяга не менее 1 кг, а лучше больше, так как полеты на гоночных квадрокоптерах очень агрессивные и быстрые, постоянно меняется траектория полета, которая должна меняться моментально.

Кстати, если для съемочного квадрокоптера подобрать двигатели с большой тягой, то на него можно будет повесить, например, 2 аккумулятора, вместо одного, чтобы можно было летать дольше, чем 20 минут, но это время будет увеличиваться прямо пропорционально добавленному весу и соответственно будет уменьшаться предел тяги моторов.

Где найти стопорные шайбы (кольца) для валов[править]

• В местных магазинах с названиями «крепёж», «метизы», в том числе на строительных рынках. Ключевые слова для продавцов:
• Искать в интернет-магазинах можно по ключевым словам «стопорные шайбы», «стопорные кольца», «упорные шайбы», «упорные кольца», «ГОСТ 11648», «ГОСТ 13942», “DIN 6799”
• Искать в зарубежных интернет-магазинах можно по ключевым словам E-Clips, DIN 6799
• Сделать самому из обычной шайбы подходящего размера, сделав в ней разрез.
• В старой технике (например, советском кассетнике).

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

Магниты и обмотка создают движущую силу благодаря взаимодействию и созданию магнитного поля между ними. Это происходит благодаря подаче постоянного тока на определенную обмотку (у нас 3 фазы, т.е. 3 отдельных провода на обмотке), ток подается и прекращает подаваться на определенные обмотки в короткий промежуток времени, тысячные доли секунды, заставляя крутиться верхнюю часть с магнитами.

Двигатели для дронов делятся на два типа:

• Коллекторные
• Бесколлекторные

Коллекторные двигатели используются в основном на слабых дронах начального уровня и для съемочных квадрокоптеров начального уровня. Дело в том, что они не могут развивать значительные обороты и мощность, а это значит, у них будет маленькая подъемная сила. Они более громоздкие и более склонны к поломкам, так как у таких моторов больше трущихся деталей. Принцип работы коллекторных двигателей: мотор состоит из корпуса, внутри корпуса находятся магниты – плюс и минус, корпус неподвижен, а в движение приводится ротор с обмоткой с помощью щеток, которые подают электричество на обмотку.

Бесколлекторные двигатели используются на гоночных и профессиональных дронах. Отличаются огромными мощностями, значительными оборотами и тягой. Такие двигатели более компактные, по весу примерно такие же, имеют долговечность за счет минимума движущихся частей, да и те на подшипниках.

Как выбрать двигатели для коптера?

При выборе бесколлекторных двигателей в первую очередь следует обратить внимание на следующие характеристики:

• Максимальный ток — эта характеристика показывает какой максимальный ток может выдержать обмотка двигателя за небольшой промежуток времени. Если превысить это время, то неизбежен выход двигателя из строя. Так же этот параметр влияет на выбор ESC.
• Максимальное напряжение — так же как и максимальный ток, показывает какое напряжение можно подать на обмотку в течение короткого промежутка времени.
• KV — количество оборотов двигателя на один вольт. Поскольку этот показатель напрямую зависит от нагрузки на вал мотора, то его указывают для случая, когда нагрузки нет.
• Сопротивление — от сопротивления зависит КПД двигателя. Поэтому чем сопротивление меньше — тем лучше.

Могут ли моторы cw/ccw вращаться в другую сторону[править]

На моторах для мультикоптеров часто есть обозначение направления вращения CW/CCW. Они могут вполне вращаться и в обратную, не предназначенную для них сторону, если поменять местами 2 провода подключения (если в моторе нет встроенного регулятора). Мотор не сломается и его ресурс не уменьшится.

Следует иметь в виду, что обозначения CW/CCW ставятся в соответствии с крепежом пропеллера: направлением резьбы для затяжки пропеллера. То есть если мотор будет крутиться в обратном для него направлении, то возможно самооткручивание гайки и отстрел пропеллера. В таком случае следует применять самозатягивающиеся (нейлоновые) крепления.

Настройка кривой газа (throttle)

Чтобы использовать двигатели с высоким KV на этом аккумуляторе, нам придется использовать кривую газа, чтобы снизить его верхнюю границу. То, как я сделал, не только снижает потребляемый газ в пике, но и улучшает отзывчивость.

Завтра здесь я размещу ссылку на статью с настройкой кривой газа в Taranis

Еще одна интересная вещь с высоким KV на 6S — вы можете удалить кривую газа и запустить 4S или 5S.

Моя кривая газа:

Начал я со 100% (-100 до 100) и «проложил» пусть наверх, контролируя ток на полном газу. При 70% (от -100 до 40)амперы падают до 65-70А, что примерно соответствует моим прошлым двигателям с низким 1720KV.

Интересное: у двигателя 1720KV максимальная скорость оборотов — 43344, что составляет примерно 73% от скорости оборотов мотора 2350KV — 59220.

После настройки нужно проверить, действительно ли канал газа отдает значение, которое вы настроили:

Видео тестов с таким мотором и аккумулятором:

По звуку с видео вы можете заметить, что они довольно шумные.

Низкий kv и аккумулятор 6s

Идея была в том, чтобы собрать квадрокоптер с двигателями с низким KV для 6S аккумулятора, поэтому теоретически, эта сборка эквивалентна дрону на моторах 2500KV и аккумуляторе 4S, то есть у них похож RPM.

RPM — это обороты в минуту.

Несмотря на похожий RPM, производительность дрона на 6S заметно выделяется. Квадрокоптер быстрее ускоряется и раскручивает двигатели, а также у него незаметны просадки напряжения, что делает его более удобным в использовании. Еще более отзывчивый.

Обозначения бесколлекторных моторов[править]

Нет единого стандарта обозначения
бессколлекторных моторов
. У разных производителей может быть своя специфика в обозначениях. Но всё же, есть основные правила обозначений.

Часто обозначение бесколлекторного мотора тесно связано с его геометрическими и электрическими параметрами.

Рассмотрим обозначение на примере мотора: Tower Pro 2408-21T

• первые две цифры (24) – обозначают диаметр статора (иногда ротора) в мм
• вторые две цифры (08) – обозначают длину каждого магнита в моторе в мм
• далее может следовать одна или две цифры (21) – это количество витков на каждом зубе статора
• еще бывает в конце буква T (или символ Δ) – обозначающий намотку типа “дельта” (“треугольник”) ИЛИ буква Y (или символ *) – говорящий о намотке типа “звезда”.

При большем диаметре ротора (статора) получается больший крутящий момент, при прочих равных условиях. Длина магнитов, также как и диаметр ротора, влияет на крутящий момент мотора.

С витками работает соотношение: “меньше витки – больше обороты”. Если необходимо поставить небольшой винт и получить высокие обороты, то необходимо выбирать мотор с небольшим количеством витков. Если задача крутить большой винт на небольших оборотах (Slow Flyer) – следует выбирать мотор с большим количеством витков.

По конструкции бесколлекторные моторы делятся на две группы: inrunner и outrunner.

Количество полюсов магнитов, используемых в бесколлекторных двигателях, может быть разным. По количеству полюсов можно судить о крутящем моменте и оборотах и двигателя.

Вообще, пропеллеры большого диаметра и небольшого шага, при относительно низкой частоте вращения обеспечивают большую тягу, но сообщают модели небольшую скорость, в то время как маленькие по диаметру пропеллеры с большим шагом на высоких оборотах обеспечивают высокую скорость, при сравнительно небольшой тяге.

Таким образом, многополюсные моторы идеально подходят для моделей, которым нужна высокая тяговооруженность, а двухполюсные без редуктора – для скоростных моделей. Для более точного подбора двигателя и пропеллера к определенной модели, можно воспользоваться специальными инструментами для расчётов.

Также бесколлекторные моторы, и соответственно регуляторы хода для них, можно разделить на 2 типа: с датчиками положения ротора и без них. Моторы без датчиков проще в изготовлении, поэтому большинство моторов и контроллеров в настоящее время именно такие (кроме специальных автомодельных).

Производителей бесколлекторных моторов и регуляторов к ним очень много. Конструктивно и по размерам бесколлекторные двигатели тоже сильно различаются. Более того, самостоятельное изготовление бесколлекторных двигателей на основе деталей от CD-приводов и других промышленных бесколлекторных моторов стало весьма распространенным явлением в последнее время.

Плюсы:

• Упрощённая конструкция мотора за счёт исключения из неё коллектора.
• Более высокий КПД.
• Хорошее охлаждение.
• БК-двигатели могут работать в воде! Однако не стоит забывать, что из-за воды на механических частях двигателя может образоваться ржавчина и он сломается через какое-то время. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется обрабатывать двигатели водоотталкивающей смазкой.
• Наименьшие радиопомехи.

Расшифровка обозначений электродвигателей. маркировка двигателей.

Расшифровка обозначения электродвигателей

Электродвигатели являются наиболее популярными на рынке механизмами. Все от того, что применяются они практически везде: начиная от автомобилей заканчивая станочными устройствами. Чтобы не ошибиться при выборе мотора, необходимо знать расшифровку обозначения электродвигателей.

Еще четверть века назад такой вопрос не стоял, ведь у различных заводов маркировка эл. двигателей была идентична, более того регулировалась различными предусмотренными законом документами.  В основном на рынке присутствовали такие марки как А, А2, АО2, 4А, 4АМ.

Лишь моторы, которые производились в странах, входящих в Совет Экономической Взаимопомощи, отличались по обозначению. Так в Венгрии вместо маркера 4АМ применялся маркер МО. Подробнее с маркировками электродвигателей и их современных аналогов Вы можете ознакомиться в этой статье.

Регуляторы оборотов и приемник

По отдельности регуляторы оборотов (ESC) весят больше, чем цельная плата 30,5 х 30,5, но и если выйдет из строя 1 регулятор, то придется менять всю плату. Это не относится к регуляторам, которые по отдельности, но вес чуть больше. Так, цельная плата ESC весит в среднем 8 грамм, а по отдельности в среднем 10 грамм.

Приемник (это то, что принимает сигнал с пульта управления и передает его полетному контроллеру) — здесь тоже самое как с видеопередатчиками, если плата не защищена, то ее вес может быть 5 грамм, но и повредить ее легче, а с корпусом они могут быть до 20 грамм.

С чего начать?

Первое, что нужно сделать — это посчитать вес вашего квадрокоптера. Конечно, когда вы только планируете, составить конечный вес сложновато и придется опираться на данные из описания товаров и честность продавцов.

Первым делом я смотрю вес рамы, потому что рама — это основа и в большинстве своем ее форма и размеры начинают определять максимальные размеры оборудования, которое можно повесить на эту раму.

Сейчас продавцы чаще стали указывать, какие моторы будут подходить для конкретной рамы, но не конкретно вот этот двигатель, а разброс.

После подсчета веса рамы, прибавьте вес камеры и подвеса, последний — если вы собираете съемочный квадрокоптер.

Строение двигателя и как он работает

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе. Если вы хорошо учили физику, то знаете, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле.

Когда провод обмотан вокруг чего-то, то магнитное поле увеличивается. Чем больше ток, тем больше сила магнитного поля и больше крутящий момент от вашего двигателя. Однако, большие токи сильно нагревают обмотку, особенно вот такие тонкие провода и защитная эмаль может оплавиться при сильном нагреве, тогда произойдет короткое замыкание и двигатель станет нерабочим.

Неодимовые магниты. Эти магниты из редкоземельных металлов генерируют фиксированное магнитное поле, они маленькие, но создают очень сильное магнитное поле. Они приклеены эпоксидной смолой или цианокрилатом к корпусу мотора.

Корпус двигателя защищает магниты и обмотку. Обычно он изготовлен из легкого металла, такого как алюминий. Более продвинутые двигатели имеют корпусы, которые сделаны как вентиляторы, т.е. при вращении нагоняют воздух на обмотку сердечника, чтобы охлаждать ее.

Вал мотора жестко прикреплен к верхней части. Это рабочий компонент мотора, который передает крутящий момент на пропеллеры.

Типы моторов?

Двигатели/моторы в мультироторных аппаратах бывают двух типов:

1. Коллекторные/Brushed (др. названия: DC)/Сoreless.
2. Бесколлекторные/Brushless.

Их главное отличие в том, что у коллекторного двигателя обмотки находятся на роторе (вращающейся части), а у бесколлекторного — на статоре. Не вдаваясь в подробности скажем, что бесколлекторный двигатель предпочтительнее коллекторного поскольку наиболее удовлетворяет требованиям, ставящимся перед ним.

Несмотря на то, что применяться БК-моторы начали сравнительно недавно, сама идея их устройства появилась достаточно давно. Однако именно появление транзисторных ключей и мощных неодимовых магнитов сделало возможным их коммерческое использование.

Чем и как смазывать подшипники[править]

• Смазывать надо «быстроходными» маслами, т. е. жидкими. Нижний минимум по вязкости – трансмиссионное масло для мотоциклетных коробок. А лучше купить обычную «веретёнку». Купите один пузырёк, и закроете вопрос на несколько лет.
• Если подшипник разбирать, то внутрь зубочисткой “шрус 4” и пару капель синтетической трансмиссионки. Аккуратно собрать, протереть и прокрутить – всё само перемешается.
• Если подшипник не разбирать, то один из лучших методов смазки – это создать вакуум с помощью шприца. Внутрь шприца налить синтетику для трансмиссии, поместить туда подшипники, и поршень – на разряжение.
• Как это делалось в недалёкую бытность, на большинстве автобаз, ремонтных мастерских и т.д. (способ наших дедов): маленькая ёмкость, смазка, подшипник, и на огонь. Когда сильно нагрелось, снимаем и остужаем. Воздух при нагреве выходит, а при остывании засасывает смазку пока она тёплая и не очень вязкая. Конечно, раньше не было силиконов и других крутых смазок, но наши предки таким образом даже густые смазки в подшипники загоняли.
• При потенциальной опасности попадания воды на/в моторы (полёты вблизи или над водоёмами) полезно заменить все подшипники в моторах на нержавеющие. Иначе от малейшего контакта с (особенно – морской) водой (и даже без контакта) подшипники может заклинить. Ещё более радикальное средство – подшипники с шариками из двуокиси циркония, но стоят дорого.

Электродвигатель аир характеристики

Выводы

Надеюсь, что объяснил подробно, а если у вас остались вопросы — задавайте их в комментариях, помогу.

Итак: считаем общий вес дрона и умножаем на 2. Далее берем тягу 1 мотора и умножаем на 4 (если у вас 4 двигателя). Если тяга выше веса, который мы умножили на 2, то двигатели вам подходят.

Но помните, что для гоночного квадрокоптера лучше брать коэффициент 3:1, где 1 это вес дрона, то есть при весе 500 грамм, тяга двигателей должна быть не менее 1500 грамм.

Остальной вес и итого

Не забывайте учитывать и другой вес — крепление для камеры, крепление аккумулятора, болты и так далее. Можете прибавить еще 10-50 грамм, в зависимости от того, что вы будете использовать, а также учитывайте вес проводов.

Итого

• Рама — 145 г;
• Двигатели — 100 г;
• Аккумулятор — 157 г;
• FPV система — в среднем 10 г;
• Полетный контроллер и PDB — 10;
• Регуляторы оборотов и приемник — в среднем 9 г;
• Пропеллеры — 5 г.

Итого: примерно 436 грамм 10 грамм на провода и крепления = 446 грамм вес полностью снаряженного квадрокоптера по минимуму, но для запаса берем 500 грамм.

Бывают рамы значительно легче, например по 70 грамм, но они тонкие и электроника почти не защищена.

Теперь нужно подобрать двигатели, которые смогут хорошо работать с весом нашего дрона, так как вес 500 грамм, значит тяга двигателей требуется как минимум в 2 раза выше, то есть, нам нужны двигатели, у которых суммарная тяга не менее 1000 г, то есть 1 мотор — не менее 250 грамм!

Резюмируем ответ на вопрос, как подобрать двигатели для квадрокоптера: считаем общий вес собранного квадрокоптера вместе с примерно выбранными двигателями (как правило это 100 грамм) и умножаем на 2 — такую тягу должен иметь 1 двигатель.

Каждый продавец размещает таблицу, с какими пропеллерами развивается какая тяга, например, у Racerstar 2205 она такая:

Что мы видим: если использовать пропеллеры 5045 — в обычном режиме при 19.2А на двигатель — он развивает 660 грамм тяги, а в пиковой нагрузке при 27.6А двигатель развивает 950 грамм!

Таким образом, изучив несколько таблиц в карточках товаров, вы будете четко понимать, какие двигатели вам нужны.

Но если вам все же сложно понять, какие нужны двигатели, пишите в комментариях, помогу.