Что значит KV? Характеристики и маркировка бесщеточных двигателей — Drone Digest

Что значит KV? Характеристики и маркировка бесщеточных двигателей — Drone Digest Вертолеты
Содержание
  1. Что еще нужно знать о двигателе для дрона?
  2. Что дальше?
  3. Основные факторы влияющие на летные характеристики
  4. «popo» — способ крепления пропеллеров
  5. Kv — количество оборотов на вольт
  6. N и p в «формуле» мотора (полюса и магниты)
  7. Аккумуляторы для двигателей
  8. Балансировка моторов
  9. Вам нужен бесщеточный мотор?
  10. Вес мотора
  11. Воздушный зазор (air gap)
  12. Время реакции
  13. История изменений
  14. Ищите моторы? с чего начать?
  15. Какие нужны регуляторы оборотов (esc)?
  16. Какого размера нужен мотор?
  17. Крутящий момент
  18. Крутящий момент и его отношение к kv
  19. Магниты в бесколлекторных моторах
  20. Масса или вес
  21. Моторы прямого и обратного вращения (cw и ccw)
  22. Напряжение и потребляемый ток
  23. Обмотка
  24. Одножильные и многожильные обмотки
  25. Особенности моторов для квадрокоптеров
  26. Открытый или закрытый низ мотора?
  27. Подшипники
  28. Пропеллеры
  29. Прочие факторы влияющие на летные характеристики
  30. Прочие фишки
  31. Размер рамы и вес
  32. Расшифровка маркировка двигателей квадрокоптеров
  33. Рекомендации по выбору
  34. С чего начать?
  35. Соотношение тяги и веса коптера
  36. Стопорное кольца / стопорный винт
  37. Строение двигателя и как он работает
  38. Схема крепления
  39. Температура
  40. Толщина пластин статора (lamination)
  41. Уровень вибраций и качество балансировки
  42. Форма кольца для фиксации магнитов
  43. Форма магнитов — изогнутые магниты
  44. Эффективность (кпд)
  45. Эффективность и потребляемый ток
  46. Выводы

Что еще нужно знать о двигателе для дрона?

Одной из важных вещей, отсутствующих в стандартном коде, является диаметр вала. Этот параметр должен быть обязательно приведен на странице характеристик продукта или в спецификации. Знание параметра потребуется для подбора правильного размера пропеллера и соединения.

Что дальше?

Если вы хотите еще сильнее углубиться в тему выбора, то вам нужно открыть Ютуб или любой поисковик и вбить запрос «тест тяги двигателя @название двигателя@» и изучить видео, где различные блогеры тестирую двигатель на разном уровне газа используя разные пропеллеры, выискивая идеальные параметры совмещения двигатель/пропеллер. Искать нужно видео о двигатели, который вы присмотрели для своей сборки.

Данные будут примерно такого вида:

50% газа на двигателе 2205-2300 KVТягаОборотыАмперыВольтыВаттыКПД
HQProp 5x4x3GF468177907.5416.081213.9

Основные факторы влияющие на летные характеристики

Определившись с размером мотора, вы увидите, что подходящих моделей очень много. Чтобы выбрать наилучший вариант, нужно учесть несколько моментов:

  • Тяга
  • Эффективность и потребляемый ток
  • Вес

Выбор того или иного мотора очень сильно зависит от целей применения коптера, стиля полета и желаемого поведения.

«popo» — способ крепления пропеллеров

«Pop on Pop off» (PoPo) — это вал, в котором есть подпружиненные шарики для быстрой установки пропеллера. Более подробно читайте тут (англ).

Kv — количество оборотов на вольт

KV это просто параметр, показывающий сколько оборотов в минуту совершит двигатель, он не будет показателем мощности, тяги или эффективности.

KV 8000 это значит, что если подать на двигатель 1 вольт, то он будет крутиться со скоростью 8 тысяч оборотов в минуту.

N и p в «формуле» мотора (полюса и магниты)

Вы, наверное, уже видели в описаниях моторов значения типа «12N14P». Число перед «N» (12) означает количество электромагнитов в статоре, а «14P» — количество постоянных магнитов в роторе (в колоколе).

У разных типоразмеров моторов разное числю полюсов, например, моторы типа 22XX и 23XX обычно имеют 12 полюсов (12N) и 14 магнитов (14P).

Количество полюсов определяет расстояние между ними, если их мало, тогда в статоре поместится больше железа, поэтому мощность будет выше. Если мы увеличим количество полюсов, тогда магнитное поле будет более равномерным, и, следовательно, мотор будет вращаться более плавно, т.к. управление будет более точным.

  • Больше полюсов — плавность
  • Меньше полюсов — выше мощность

Количество полюсов всегда кратно трем, т.к. по сути, это 3х-фазный мотор и имеет 3 провода, поэтому число будет 9, 12, 15, 18 и т.д. Число полюсов сложно изменить и при выборе двигателя для коптера на это можно не обращать внимание.

Аккумуляторы для двигателей

Про токоотдачу вы уже знаете из текста выше, а что насчет выбора 4S или 6S аккумулятора? Ответ на этот вопрос есть в статье LiPo 6S аккумулятор, чем отличается от 4S, его эффективность и использование, там есть таблица с расчетами какой двигатель выбрать для 4S, 5S, 6S аккумуляторов и их RPM.

Балансировка моторов

Первое что нужно сделать при получении новых моторов — это отбалансировать их. На самом деле это очень правильный шаг несмотря на то, что он не всегда необходим. Лично я балансирую крупные моторы типа 2212.

Практика показала, что моторы многих брендов балансировать не нужно, их качество и так отличное. Однако, если вы выбрали дешевые моторы, то не удивляйтесь более низкому качеству и необходимости балансировки.

Вам нужен бесщеточный мотор?

Существует огромное количество продавцов онлайн, и интернет-магазин Banggood также специализируется на запчастях к дронам, поэтому, если вы ищете выгодную цену, обязательно ознакомьтесь с предложениями по бесщеточным двигателям на Banggood.

Вес мотора

При выборе мотора часто упускают из вида его вес, хотя это очень важный критерий для фристайла и дронрейсинга.

Поскольку моторы расположены по углам рамы, их вес заметно влияет на отзывчивость управления коптером. Более тяжелые моторы увеличивают угловой момент инерции коптера, т.е. чтобы поменять положение коптера потребуется большее усилие.

На практике это означает, что при выполнении флипов и ролов требуется время чтобы коптер набрал необходимую скорость вращения, а затем время, чтобы снизить эту скорость. Более тяжелые моторы требуют больше времени на изменение скорости. Поэтому коптер с тяжелыми моторами будет менее отзывчивым.

Воздушный зазор (air gap)

Воздушный зазор между ротором и статором. С увеличением расстояния магнитное поле ослабевает нелинейно, так что уменьшение этого зазора заметно увеличивает мощность мотора.

Небольшой зазор не только делает мотор более мощным, но и увеличивает крутящий момент и уменьшает время реакции. Недостаток небольшого зазора: увеличение потребляемого тока и уменьшение эффективности. Ну и появляются опасения на счет долговечности, т.к. при ударе по колоколу, может сместится ротор, который заденет статор, в результате чего магниты могут отвалиться или вообще разрушиться.

Время реакции

Это время зависит от крутящего момента, чем он выше, тем быстрее реакция. Простой способ измерения — засечь за какое время мотор наберёт макс. обороты.

Смотрите про коптеры:  Квадрокоптеры с дальностью полета от 500 метров - купить в

Время реакции сильно зависит от веса и шага выбранного пропеллера. Помните, атмосфера тут тоже имеет влияние. На уровне моря давление выше, воздух плотнее, т.е. больше молекул воздуха, которые перемещаются винтом для создания тяги. На большой высоте винты будут вращаться быстрее и время реакции на стики будет ниже, но общая тяга тоже снизится (т.к. плотность воздуха ниже).

История изменений

  • Октябрь 2021 — первая версия статьи
  • Ноябрь 2021 — добавлена новая информация
  • Май 2021 — добавлены характеристики моторов
  • Январь 2021 — исправлены грамматические ошибки
  • Март 2021 — добавлены разделы про обмотки, полюса, подшипники и крутящий момент
  • Октябрь 2021 — добавлены информация о схемах крепления и PoPo-технологии

Ищите моторы? с чего начать?

Не важно какого размера будет у вас коптер, перед выбором моторов нужно определиться с рамой и знать примерный вес коптера. Однако, если вы планируете собирать 5″ коптер, тогда можете смело переходить к разделу «размер мотора«.

Если вы новичок, тогда рекомендую начать со статьи про то, что такое FPV гонки.

Есть два вида моторов: коллекторные и бесколлекторные. Как правило бесколлекторные используются на более крупных моделях, а коллекторные только на очень мелких. Позже я опубликую статью с более подробным описанием их отличий.

Какие нужны регуляторы оборотов (esc)?

Нужно учитывать мощность выбранных регуляторов оборотов. Так как двигатели потребляют 24 ампера, ESC нужны минимум на 25 А, а лучше на 30, чтобы был запас и они сильно не грелись. Сейчас большой выбор ESC и лучше всегда брать с запасом на 5 А.

Какого размера нужен мотор?

Выбирать комплектующие для коптера можно в таком порядке: размер рамы, размер пропов, размер мотора.

Зная размер рамы, мы можем оценить требуемые размеры моторов. Рама ограничивает нас макс. допустимым диаметром пропов, а от характеристик пропеллера зависят характеристики моторов (чтобы эффективность их работы была максимальной), именно тут мы и определяемся с KV моторов.

Также необходимо убедиться, что у моторов достаточная мощность для вращения выбранных пропов, тут уже играет важную роль размер статора. Обычно чем больше статор, и выше KV, тем больший ток потребляет мотор.

В таблице вы найдёте общие рекомендации, это не жесткие правила, одни используют более оборотистые моторы, чем указано; другие, наоборот, менее оборотистые.

Данные предполагают, что на квадрике будет стоять 4S LiPo аккумулятор, а размер рамы — это расстояние между диагонально расположенными моторами (подробнее про рамы читайте тут).

Размер рамыДиаметр пропеллераРазмер мотораKV
150 или меньше3″ или меньше1105 -1306 или меньше3000KV или больше
180 мм4″18062600KV – 3000KV
210 мм5″2204-2208, 23062300KV-2600KV
250 мм6″2204-2208, 23062000KV-2300KV
350 мм7″22081600KV
450 мм8″, 9″, 10″ или крупнее2212 или больше1000KV и ниже

Крутящий момент

Иногда говорят, что у моторов с небольшим KV высокий крутящий момент, а если у мотора высокое значение оборотов на вольт, то крутящий момент небольшой. Хотя это и возможно, но не всегда правда. KV почти ничего не говорит о крутящем моменте, а влияет на максимальный потребляемый ток и макс. допустимое напряжение.

Как уже указывалось выше, у моторов с высоким KV обмотки короче, а значит и ниже сопротивление. Это снижает макс. допустимое напряжение и увеличивает потребляемый ток (при прочих равных характеристиках, при том же пропеллере).

Крутящий момент в основном определяется:

  • размером статора, чем он больше, тем выше момент
  • материалами: тип магнитов, качество медной обмотки
  • конструкцией мотора: расстояние между ротором и статором, числом полюсов и т.д.

Если всё одинаково, тогда два мотора с разным KV будут иметь одинаковый крутящий момент. Небольшое значение KV просто означает, что вам нужно более высокое напряжение чтобы получить те же обороты. На самом деле все несколько сложнее, но это довольно простое и точное описание.

Причина, по которой пилотам кажется, что у моторов с небольшим KV большой момент, в том, что падение напряжения у таких моторов ниже, чем у моторов с высоким KV, именно это падение напряжения и снижает крутящий момент. Теоретически, момент должен быть одинаков, но на практике такого не бывает.

Крутящий момент — это палка о двух концах.

Моторы с большим крутящим моментом позволяют менять обороты быстрее, благодаря этому будет меньше паразитных вибраций, а реакция на стики — мгновенной. Коптер с такими моторами будет очень резким, а его движения будут менее естественными, более похожими на дерганые движения роботов.

В наши дни всё больше и больше пилотов сталкивается с паразитными вибрациями, и корнем проблемы могут быть как раз современные, сверхмощные моторы. Они настолько мощные, что могут создавать петли обратной связи, от которых очень трудно избавиться. Демпфирование полетного контроллера может помочь, но лучше искать настоящую причину вибраций и не использовать чрезмерно мощные моторы.

Крутящий момент и его отношение к kv

Постоянная крутящего момента является обратной величиной KV. Чем больше KV, тем меньше крутящий момент.

Ток, крутящий момент и KV взаимосвязаны, двигатели с более низким KV требуют меньшего тока для вращения тяжелых пропеллеров и, следовательно, имеют больший крутящий момент, но теряют эффективность при высоких оборотах — и наоборот, двигатели с высоким KV требуют более высоких токов для вращения тяжелых пропеллеров, но могут работать на высоких оборотах более эффективно.

Магниты в бесколлекторных моторах

Магниты различаются по силе магнитного поля, например: N52, N54 и т.д. Чем больше число, тем сильнее магнит.

Более сильные магниты теоретически дадут больший крутящий момент и высокую эффективность.

При повороте мотора руками вы почувствуете «щелчки» или «шаги», чем отчетливее они ощущаются, тем хуже, т.к. это показывает силу магнитного поля и то, на сколько она слабая между магнитами, т.к. поле очень неравномерно. Если «щелчки» более слабые, то мотор будет вращаться плавнее.

При определенной температуре магниты ослабевают, N52H нужны чтобы справиться с высокой температурой. Буква H в конце, означает высокую рабочую температуру. Говорят, что N52SH в этом плане ещё лучше, но в настоящее время не известно на сколько N52SH лучше N52H и N52.

Смотрите про коптеры:  Радиосхемы. - Принципы построения систем радиоуправления

Есть вероятность, что при аварии или от вибрации магниты вообще оторвутся. Их можно приклеить обратно клеем Loctit 438.

Масса или вес

Здесь все просто, чем меньше вес, тем легче мотору раскручиваться, чем больше вес, тем тяжелее. Легкий двигатель можно более тонко настроить (PID) и он более чувствителен в воздухе. Чем легче двигатель, тем он мягче, поэтому новичкам лучше выбирать двигатели массивнее, чтобы в случае аварии они сильно не страдали.

Для гонок предпочтительнее тяжелые двигатели, а для фристайла легкие.

Помните, нужно балансировать между соотношением мощности к весу.

Моторы прямого и обратного вращения (cw и ccw)

Иногда можно встретить маркировку «CW» и «CCW«, что расшифровывается как “ClockWise” (по часовой стрелке) и “Counter-ClockWise” (против часовой стрелки).

Направление вращения важно для коллекторных моторов, т.к. щетки очень быстро стираются при вращении в обратную сторону, у бесколлекторных моторов такой проблемы нет.

CW и CCW бесколлекторные моторы это как правило полностью одинаковые моторы, единственное их отличие — направление резьбы на валу (англ).

Моторы на квадрокоптере вращаются в разных направлениях, важно то, что при их вращении все 4 гайки удерживающие винты сами затягиваются.

Как проверить, что вы поставили мотор с нужной резьбой? Просто держитесь за гайку на валу, и начните вращать мотор в том направлении, в котором он должен вращаться на коптере. Если гайка затягивается, тогда вы правильно выбрали направление резьбы 🙂

Лично я предпочитаю использовать одинаковую резьбу на всех моторах, так что никогда не запутаюсь с гайками. Когда придется искать дополнительные гайки в магазинах, вы поймете, как сложно найти гайки с левой резьбой.

Напряжение и потребляемый ток

Важно понять, что напряжение питания тоже влияет на выбор моторов и винтов. При увеличении напряжения мотор будет пытаться вращать винт быстрее, и поэтому будет потреблять большой ток. Убедитесь, что знаете, какой будет потребляемый ток и какая получится тяга.

После того, как вы определите макс. потребляемый ток, пора переходить к выбору регуляторов скорости.

Обмотка

Число витков в обмотках статора влияет на то, какой максимальный ток будет потреблять мотор, а толщина провода определяет максимально допустимый ток, который не вызовет перегрев мотора.

Меньше витков = меньше сопротивление = выше kv. Недостаток — магнитное поле статора будет слабее, а усилие на валу — меньше.

Все происходит наоборот при увеличении числа витков. Чем больше витков, тем сильнее магнитное поле статора и больше усилие. Но из-за более длинных проводов увеличивается сопротивление и KV мотора уменьшается.

Чтобы получить большую мощность моторов, производители часто увеличивают число полюсов и при этом используют более толстый провод. Благодаря этому сопротивление обмоток уменьшается, а мощность увеличивается (не жертвуя при этом эффективностью и крутящим моментом). Такой мотор без перегрева может потреблять довольно большой ток.

Однако более толстый провод и увеличение числа обмоток приводят к увеличению массы мотора, а обмотки занимают больше места, что требует увеличения статора. Поэтому и появляются всё более крупные моторы, и по вышеуказанным причинам они мощнее.

Одножильные и многожильные обмотки

Одножильная обмотка делается толстым проводом и способна хорошо рассеивать тепло, больше подходит для моторов с большим напряжением питания, типа 5S или 6S. Но, из-за значительных пустот между толстыми витками, плотность обмотки довольно низкая.

Для замены одного толстого провода, в многожильной намотке обычно используют по три более тонких. Т.к. провода тоньше, то теплоотвод хуже, и физически их легче повредить.

Обычно у моторов с многожильной намоткой характеристики лучше, чем с одножильной, это связано с тем, что такая намотка получается плотнее, что дает более сильное магнитное поле (т.е. получается более мощный и эффективный мотор).

Замечу, что ещё очень важна аккуратность намотки, не только в эстетическом плане, но и в электромагнитном. Если провод уложен как попало, есть куча пересечений, тогда провода не будут перпендикулярны статору и магнитное поле будет менее эффективным.

Особенности моторов для квадрокоптеров

Очень много параметров влияют на характеристики мотора, они могут быть очень сложными и противоречивыми. Например, моторы с одинаковым размером статора и KV, могут давать совершенно разную тягу, потреблять разный ток и по-разному реагировать на стики, всё это даже при использовании одинаковых пропеллеров. Отличия в дизайне, материалах, это тоже важно.

Ниже я покажу вам разные конструктивные особенности, которые влияют на основные характеристики моторов.

Открытый или закрытый низ мотора?

Нижняя часть мотора (основание) может быть сделана в «традиционном», закрытом стиле или в более новом, открытом. У обоих вариантов есть и плюсы, и минусы.

У моторов с закрытым низом более прочное основание, однако если низ открытый, то и вес меньше, разница около 2 грамм.

В мотор с закрытым низом реже попадает грязь, но открытые моторы легче чистить.

Если низ открытый, то хорошо видны крепежные винты, поэтому шанс закоротить обмотки ниже (чаще всего коротят обмотки новички, если у моторов закрытый низ).

Однако, закрытый низ лучше защищает обмотки от повреждения.

Подшипники

О подшипниках обычно мало говорят, это связано с тем, что про них мало что известно, но я думаю, что должен дать кое-какую базовую информацию.

Размер подшипника это не внешний или внутренний диаметр, это разница между ними. Чем он шире, тем больше шариков помещается. Более крупные шарики прочнее, а значит надежнее в случае аварии. Если шарики меньше, тогда вращение будет более плавным на больших оборотах.

Возможно, вы слышали, что в некоторых моторах используют «керамические подшипники»? В них ставятся керамические шарики, а не металлические; такие подшипники более плавные, но и более хрупкие.

Диаметр отверстия в подшипнике (внутренний диаметр) определяется диаметром вала двигателя.

Пропеллеры

Размер пропеллеров зависит от размера рамы. Все пропеллеры начинаются с маркировки, например, 5045, это 5-дюймовые пропеллеры с шагом 4,5. Как вы уже знаете, размер допустимых пропеллеров должен быть указан в описании к раме. Кроме этого, допустимы размер пропеллеров указывается в карточке описания двигателя и выглядит так:

Прочие факторы влияющие на летные характеристики

Производители не указывают многие характеристики, но их можно найти, почитав обзоры и тесты.

  • Крутящий момент
  • Время реакции
  • Температура
  • Уровень вибраций и качество балансировки
Смотрите про коптеры:  Полетный контроллер на Ардуино? На STM32F104! Руководство по сборке. | Пикабу

Прочие фишки

  • Контактные площадки для пайки
  • Интегрированные регуляторы скорости
  • Дизайн системы охлаждения

Производители моторов постоянно экспериментируют как с дизайном, так и с интеграцией с другим железом, это ведет к улучшению системы охлаждения и даже интеграции регуляторов в моторы. Лично я считаю, что контактные площадки для пайки проводов питания довольно удобны, они позволят вам использовать более тонкий провод там, где не нужны большие токи, а значит сэкономят вес. В случае обрыва провода ремонт тоже упрощается.

Размер рамы и вес

Общий вес коптера — это вес всех комплектующих, которые планируется поставить на модель: рама, полётные контроллер (ПК), плата распределения питания (PDB), приёмник, видеопередатчик, антенна, моторы, пропеллеры, регуляторы скорости, LiPo аккумулятор, дополнительная нагрузка типа GoPro и т.д.

Скорее всего вы не получите точный вес, лучше его переоценить и иметь запас по мощности, чем недооценить и получить нелетающий коптер. Не забудьте добавить 10-20 грамм для учета веса проводов, пищалки, нейлоновых стяжек и т.д.

Зная размер рамы, мы получаем максимально допустимый диаметр пропеллеров. Как только вы узнаете вес коптера, то сможете оценить необходимую тягу, и комбинацию мотор-проп (винтомоторная группа).

Дополнительная информация: как выбрать пропеллер для коптера (англ).

Расшифровка маркировка двигателей квадрокоптеров

KV – количество оборотов в минуту на вольт, чем больше число, тем сильнее будет крутиться колокол двигателя и тем меньше можно установить пропеллер. У микро дронов (tiny whoop) всегда очень большой KV, он может быть 8500, а может и 15000KV

2204 — размер статора.

A2313/16T – Буква А это класс двигателя. 23 – диаметр магнитопривода в мм, толщина двигателя 13 мм, 16 – витков.

Чем меньше витков у двигателя, тем больше KV, но меньше крутящий момент.

Рекомендации по выбору

На выбор доступно огромное число моторов, это реально проблема. В моем списке комплектующих для миникоптеров я указал наиболее популярные модели.

А вот топ 5 лучших моторов для миникоптеров по версии нашего сообщества.

С чего начать?

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

Первым делом нужно узнать вес рамы, потому что это основа и в большинстве своем ее форма и размеры начинают определять максимальные размеры оборудования, которое можно повесить на эту раму. Но давайте все изучим по порядку.

Соотношение тяги и веса коптера

Общее правило такое: макс. тяга должна быть как минимум в 2 раза больше веса коптера. Запомните, это действительно минимум необходимый для того, чтобы коптером можно было легко управлять во время висения. Если тяга слишком маленькая, тогда коптер будет плохо слушаться управления, и, возможно, будет довольно сложно взлететь.

Например, если вес коптера 1 кг, тогда тяга всех моторов при 100% газе, должна быть как минимум 2 кг (500 г на мотор). Конечно, хорошо, если тяга ещё выше…

Чтобы летать быстро, у гоночных коптеров соотношение тяги к весу значительно больше. Нет ничего необычного в том, что у кого-то миникоптер имеет это соотношение 10:1 или даже 13:1. В общем и целом, для акробатики я рекомендую иметь соотношение как минимум 5 к 1.

Чем больше это число, тем лучше управляется и ускоряется коптер. Однако, если оно слишком большое, тогда коптером становится сложно управлять. Небольшого движения стика газа будет достаточно чтобы «выстрелить коптером на орбиту, как ракетой». 🙂 Конечно, всё очень сильно зависит от навыков пилота.

Даже если вы планируете заниматься только медленной аэрофотосъемкой, нужно рассчитывать на 3:1 или 4:1. Это даст вам не только надежное управление, но и позволит в будущем увеличить полезную нагрузку. Например, более тяжелую камеру или дополнительные аккумуляторы для увеличения длительности полёта.

Стопорное кольца / стопорный винт

Чтобы зафиксировать вал на основании мотора, производители используют либо стопорное кольцо, либо винт. У каждого способа есть как достоинства, так и недостатки, сложно сказать, что лучше.

В общем и целом, использование винтика упрощает обслуживание мотора, т.к. его легче открутить, чем снять и поставить стопорное кольцо. При использовании винта есть риск перетянуть его и тогда вал будет вращаться с доп. усилием.

Были и случаи отстрела стопорных колец прямо во время полета, при этом колокол сразу улетает в сторону, а коптер падает. Однако, и с винтами такое тоже случается.

Строение двигателя и как он работает

Все бесколлекторные (бесщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью/лаком, 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, а точнее к его колоколу.

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.

Двигатели для дронов делятся на два типа:

  • Коллекторные
  • Бесколлекторные

Коллекторные двигатели используются в основном на слабых дронах начального уровня, а чаще всего на игрушках. Дело в том, что они не могут развивать значительные обороты и мощность, а это значит у них будет маленькая подъемная сила. Они громоздкие и склонны к поломкам, так как у таких моторов больше трущихся деталей.

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, критерии и расчет
Общий вид щеточного (коллекторного) двигателя

Принцип работы коллекторных двигателей: мотор состоит из корпуса, внутри него находятся магниты – плюс и минус, корпус неподвижен, а в движение приводится ротор с обмоткой с помощью щеток, которые подают электричество на обмотку:Как выбрать двигатели для квадрокоптера, критерии и расчет

Бесколлекторные двигатели используются на гоночных и профессиональных дронах, а также на съемочных, все чаще их ставят даже на бюджетные квадрокоптеры за $100. Отличаются огромными мощностями, значительными оборотами и тягой. Такие двигатели компактные, по весу примерно такие же, имеют долговечность за счет минимума движущихся частей, потому колокол с валом крутится на 2 подшипниках.

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, критерии и расчет
Общий вид бесщеточного двигателя

Принцип работы бесколлекторных (бесщеточных) двигателей: 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, то есть 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.

Схема крепления

Обычные схемы крепления (расстояние между отверстиями) моторов 22xx, 23xx и 24xx: 16 х 16 мм или 16 х 19 мм. Большинство рам для 5″ коптеров рассчитано именно на это.

Температура

Она тоже влияет на моторы, т.к. при большой температуре снижается сила магнитного поля постоянных магнитов ротора, а при очень большой температуре они быстро размагничиваются, что снижает срок службы моторов.

Использование слишком тяжелых пропов и постоянная эксплуатация на больших оборотах может привести к перегреву. Постоянный перегрев ухудшит характеристики магнитов и поэтому конструкция моторов, обеспечивающая хорошее охлаждение, также гарантирует большой срок эксплуатации (конечно если вы не будете падать и ломать моторы).

Толщина пластин статора (lamination)

Статор собирается из отдельных пластин, чем меньше толщина пластины, тем больше их требуется для сборки статора.

Если кратко, то чем тоньше пластины, тем лучше. Сборный статор позволяет снизить вихревые токи (токи Фуко), из-за которых меняется магнитное поле и выделяется лишнее тепло. Тем тоньше пластины, тем меньше энергии тратится на вихревые токи (из-за которых появляются нежелательные магнитные поля), а мотор получается более эффективным и мощным.

Уровень вибраций и качество балансировки

Вибрации моторов могут вызвать кучу разных нежелательных побочных эффектов, и скажутся на летных характеристиках коптера.

Если мотор плохо отбалансирован, тогда вибрации могут влиять на PID-контроллер. Такой коптер будет довольно сложно настроить, т.к. частота вибраций зависит от газа.

Плохо отбалансированный мотор генерирует гораздо больше электрического шума, по сравнению с плавно вращающимся. Такие помехи тоже влияют на гироскопы, что снижает возможности коптера ещё больше, а также создают шумы на видео (если FPV оборудование питается от того же аккумулятора, что и моторы, а так бывает в 99% случаев, прим. перев).

Многие пилоты используют демпферы и антивибрационное крепление моторов и полётного контроллера, это позволяет снизить уровень вибраций и дает неплохие результаты.

Помните, что поврежденный, погнутый или несбалансированный пропеллер также создает нежелательные вибрации.

Форма кольца для фиксации магнитов

Внутри колокола есть кольцо для фиксации магнитов. Сам колокол обычно изготавливают из алюминия, а кольцо — из стали, т.к. оно должно взаимодействовать с магнитным полем.

В современных моторах это не просто кольцо, его форма специально разрабатывается для оптимизации магнитного поля и увеличения крутящего момента.

Форма магнитов — изогнутые магниты

Использование изогнутых магнитов, позволяет уменьшить расстояние до статора, т.к. зазор становится одинаковым по всей длине магнитов.

Фактически это означает, что точка с самым сильным магнитным полем теперь находится не на поверхности магнита (как у прямоугольных).

«Эпицентр» магнитного поля с внешней стороны будет ниже поверхности, а с внутренней стороны — над поверхностью. Т,е. получается что магнитные поля постоянных магнитов и электромагнитов сближаются без уменьшения воздушного зазора.

Помимо формы магнитов, некоторые производители экспериментируют с их толщиной, иногда более тонкие магниты (с более слабым магнитным полем) дают лучший результат.

Эффективность (кпд)

Эффективность измеряется в граммах/ватт и представляется как требуемая тяга/мощность.

КПД двигателя влияет на время полета, срок службы аккумулятора и на падение напряжения в полете. Идеальный двигатель, это когда все параметры эффективны при любых оборотах двигателя, а не только при самых высоких.

Аккумулятор должен уметь отдавать большие токи, этот параметр указывается буквой С. Маленькие аккумуляторы с низким С не смогут реализовать высокую эффективность двигателя. Например, аккумулятор с 90С покроет потребности практически любых двигателей для фристайла и гонок.

Эффективность и потребляемый ток

Эффективность мотора обычно вычисляется делением тяги (при 100% газе) на потребляемую мощность и измеряется в граммах на ватт (г/Вт). Чем больше число, тем эффективнее мотор.

При выборе мотора нужно смотреть на его эффективность во всем диапазоне мощностей, не только на максимуме. Некоторые моторы лучше всего работают при небольшом газе, и могут терять эффективность при его увеличении.

Ещё один способ оценки эффективности — «грамм на ампер» (тяга/ток).

Обычно, чем больше тяга, тем больше потребляемый ток, поэтому нужно отдавать предпочтение моторам с макс. тягой при минимальном токе. Неэффективные моторы либо дают небольшую тягу, либо потребляют очень много.

Эффективность зависит и от винтов, главное найти компромисс между тягой и эффективностью.

Выводы

Надеемся, вы почерпнули новую информацию и теперь понимаете, как выбрать двигатели для квадрокоптера. Ничего сложного здесь нет, главное сначала выбрать раму и пропеллеры, а затем подобрать оптимальные двигатели.

Оцените статью
Добавить комментарий

Adblock
detector