Как выбрать правильный электромотор для квадрокоптера

Константа скорости (KV)

Константа скорости или постоянная скорость (KV) это очень важный параметр при выборе бесколлекторного мотора для квадрокоптера. Она обозначает теоретическое увеличение оборотов вала мотора без нагрузки при увеличение напряжения на 1 Вольт. Например, если запитать мотор 2300 KV батареей 3S на 12,6В, то вал буде крутиться со скоростью 28980 оборотов в минуту (2300 х 12,6), без лопастей. Но это приблизительная величина и она всегда указана на маркировке мотора.

При установке лопастей на мотор, скорость его вращения, конечно же сократиться, из-за сопротивления воздуха. Чем выше KV, тем быстрее этот электромотор может раскручивать лопасть, но вот низкий KV означает, что у мотора большая тяга. Так что обычно большие лопасти мы ставим на моторы с низким KV, а короткие на большие KV.

https://www.youtube.com/watch?v=ytpolicyandsafety

Если вы попытаетесь установить на электромотор с высоким KV большие лопасти, то мотор будет пытаться раскрутить их как можно быстрее, будет сжирать много энергии, генерирую при этом излишнее количество тепла. В итоге мотор можно легко спалить.

Размер рамы ={amp}gt; Размер лопастей ={amp}gt; Размер мотора

Зная размер рамы, мы можем примерно определиться с размером электромотора, который нам нужен. А все это потому, что размер рамы ограничивает размер лопастей, а для каждого размера лопасти и нужно подбирать мотор (скорость вращение, тяга, см. выше). И вот тут как раз вступает значение KV. Вы должны быть уверены, что у мотора будет достаточно тяги, чтобы крутить лопасть, а способность крутить лопасть зависит от размера статора. Короче, больше статор, больше KV, больше потребление тока.

В таблице ниже можно посмотреть зависимость размера рамы, размера лопастей, размера мотора и значения его KV.

Так же важно понимать, что вольтаж оказывает большое влияние на выбор как мотора так и лопастей. При большом вольтаже мотор будет стараться крутиться сильнее и от сюда будет потреблять больше энергии.

Читаем технические характеристики мотора

При выборе электромотора для квадрокоптера обязательно проверяйте его технические характеристики. Учитывайте все то, что мы обговорили выше. Вот, к примеру, модель Micro Brushless Outrunner  18-11 2000KV.

• KV — 2000
• Вес — 10 гр.
• Макс.потребление тока — 5,5 А
• Сопротивление — 0
• Макс. вольтаж — 7 В
• Мощность — 0
• Вал — 2 мм
• Длина — 22 мм
• Диаметр — 18 сс
• Общая длина — 30 мм
• Рекомендуемые лопасти — 7″ х 5″
• Рекомендуемая мощность — 7,4 В
• Тяга — 130 гр. / 5000 об/мин

Основные факторы, которые влияют на эксплуатационные характеристики мотора

Предположим, вы уже определились с размером мотора и уже подобрали несколько моделей, из которых и выбираете. Чтобы выбрать лучший мотор, нужно учитывать следующие факторы:

• Максимальная тяга
• Потребление тока
• Эффективность
• Вес

Подумайте, что вы хотите в итоге получить и уже на основе этого делайте окончательный выбор.

Тяга и мощность

Первое, на что смотрят большинство покупателей электромоторов — это тяга. Чем больше тяга, тем больше ускорение, но тут надо еще смотреть на эффективность. Возможно эта тяга будет для вас избыточна, а мощные мотор очень прожорлив и ваша батарея в мгновение ока будет высаживаться в ноль. Если ваш квадрокоптер поглощает большое количество тока при большом ускорении, то ваша батарея должна быть способна выдавать такие показатели, а иначе вам обеспечен перегрев батареи и она еще может вздуться из-за этого.

Но при выборе мотора нельзя ограничиваться только мощностью и тягой. Есть и другие важные параметры.

Вес мотора

Вес мотора очень часто игнорируют неопытные сборщики квадрокоптеров, но это немаловажные фактор. Т.к. моторы устанавливаются по углам рамы, то соответственно они оказывают большое влияние на отзывчивость дрона при управлении. Чем тяжелее мотор тем больше момент инерции квадрокоптера и тем сложнее изменяется угловая скорость в полете.

У самого мотора есть свой момент инерции. И опять, чем тяжелее мотор, тем больше ему самому нужно тяги и времени, чтобы раскрутиться до необходимых оборотов. Все это в итоге выливается в тормознутость аппарата, в его валкость, плохую отзывчивость и не точное управление. Для акробатических полетов и гонок, вес мотора играет одну из ключевых ролей.

Эффективность

https://www.youtube.com/watch?v=https:accounts.google.comServiceLogin

Эффективность мотора обычно измеряется в граммах на ват (тяга/мощность). Важно оценивать эффективность на всем диапазоне газа. Некоторые моторы эффективны при низком газе и теряют эффективность, потребляя излишне много энергии при своих максимальных оборотах. Но неэффективный мотор не только сильно съедает и так ограниченную энергию в полете, тем самым сокращая его продолжительность, он также способствует просадкам напряжения. Неэффективный мотор может либо не выдавать необходимой тяги или потреблять излишний ток.

Не все характеристики той или иной модели электромотора производитель официально публикует, и кроме как на собственных тестах их нигде найти не удастся.

• Тяга
• Время отклика
• Температура
• Балансировка и вибрация

Тяга — это на сколько быстро мотор может увеличивать/изменять скорость вращения. Это влияет на точность управления и отзывчивость квадрокоптера во время полета. Большая тяга дает мгновенный отклик, т.к. скорость вращения меняется так же мгновенно. Большая тяга, так же позволяет ставить лопасти побольше (если рама конечно позволяет), правда в ущерб батарее.

Если же ставить тяжелые лопасти на мотор с низкой тягой, то он вообще не будет способен раскрутить их до нужного значения. Но у высокотяговых моторов есть и свой недостаток — это вибрация, которую очень сложно устранить. Из-за повышенной реакции на команды возможны излишние ошибку в управлении и рыскание квадрокоптера

Время отклика — зависит напрямую от тяги, чем ее больше тем лучше отклик. Для оценки времени отклика можно посмотреть на сколько быстро мотор наберет обороты с 0 до максимального значения. И еще время отклика сильно зависит от лопастей.

Температура — магниты в мотора быстрее размагничиваются при высоких температурах, отсюда падение характеристик летательного аппарата. Чем холоднее мотор, тем он дольше проживет.

Вибрация — Если мотор плохо сбалансирован или плохого качества сборки, это приведет к повышенной вибрации во время полета. Поврежденные или несбалансированные лопасти так же ведут к излишней вибрации.

Некоторые другие особенности моторов для квадрокоптеров

Так много переменных, которые могут повлиять на итоговые характеристики мотора. К примеру, моторы с одним и тем же размером статора, одинаковым KV имеют разную тягу и потребление тока при одинаковых лопастях. И все это из-за различий в конструкции (разные магниты, обмотка, корпус, вал и т.п.). Следующие особенности могут неким образом повлиять на эксплуатационные качества электромотора и даже могут изменить его характеристики.

Полый вал

Это позволяет использовать более прочные и тяжелые металлы или наоборот понижает вес мотора.

Типы магнитов

Магниты, которые устанавливаются в бесколлекторные электромоторы обозначаются как N52, N54 и т.д. Чем выше число, тем больше сила магнитного поля и тем больше тяга и лучше отзывчивость мотора.

Толщина статора

Чем тоньше, тем лучше, тем больше мощности, меньше генерируется тепла и лучше эффективность.

Толщина проволоки в обмотке вокруг статора играет большую роль. Толстая обмотка обладает меньшим сопротивлением, что позволяет пропускать больше тока. А тонкая обмотка приводит к меньшей пропускной способности и большему сопротивлению. Однако толстая обмотка требует больше места, что означает меньшее количество витков и от сюда меньше противоэлектродвижущая сила (оборотная ЭДС).

Воздушный зазор

Это расстояние между постоянными магнитами и статором. Магнитное поле уменьшается нелинейно с расстоянием и сократив его можно заметно увеличить мощность мотора. Но меньший зазор дает не только больше мощности и энергоэффективности, но и улучшает тягу и отзывчивость.

Электромоторы с дугообразными магнитами лучше, их можно расположить ближе к статору и они сплошные, без пропусков.

Обмотка в моторе определяет его мощность и потребление тока. Меньше обмотка = меньше сопротивление = больше тока может пройти = больше частота оборотов. Вот почему моторы с большим значением KV имеют обмотку в статоре меньше.

Но у этого есть и обратная сторона. При меньшей обмотке у нас будет меньше сила магнитного поля и от сюда меньше тяги. И еще, чем больше проходит тока через обмотку, тем больше она нагревается и тем меньше общая эффективность.

Чтобы найти компромисс производители пошли путем увеличения обмотки за счет использования толстой медной проволоки. Это уменьшит сопротивление в обмотке, увеличит мощность без ущерба в скорости и тяге. А чем больше сечение проволоки, тем больше может пройти тока без чрезмерного нагрева.

Но вот чем толще проволока и больше обмотка, тем тяжелее сам мотор. Кроме того, обмотка занимает в корпусе мотора уже много места. И вот поэтому мощные моторы должны быть большими.

Для крепление колокола мотора на месте используется несколько типов фиксаторов: C-clip, E-clip и болт. У каждого типа есть свои плюсы и минусы и точно сказать какой из них лучший я затрудняюсь.

Вообще, крепление на болту более удобно для последующего обслуживания мотора, колокол гораздо легче снять и потом снова одеть. Но тут есть риск перетянуть болт и заклинить его в валу, что может привести к затруднению при вращении. Бывали случаи когда болт самораскручивался и колокол улетал. Но и C-clip тоже страдает от подобных проблем самопроизвольного расцепления.

Классический корпус электромотора предполагает полностью закрытую конструкцию. Но сейчас замечена тенденция на открытый низ. И тут и там есть свои положительные и отрицательные моменты.

Закрытый (слева) и открытый (справа) низ электромотора

Конструкция с закрытым низом предполагает большую прочность, а вот открытый низ — меньше веса, легкость. Открытый мотор легче чистить от грязи, в отличии от закрытого, в котором грязь может набиваться со временем, мешая ему работать.

https://www.youtube.com/watch?v=upload

С открытым мотором лучше видно как сильно затягивать болты при его креплении на раму. А то бывали случаи когда их перетягивали или болты были слишком длинными и ими повреждали обмотку.