Motori bez četkica: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja promjena: 2024-01-30 09:36

Ovo uputstvo je vodič/pregled tehnologije motora koji stoji iza suvremenih entuzijastičnih quadcopter motora. Samo da vam pokažemo za što su quadcopteri sposobni, pogledajte ovaj nevjerojatni video. (Gledajte glasnoću. Postaje jako glasno) Sve zasluge idu izvornom izdavaču videozapisa.

Korak 1: Terminologija

Većina motora bez četkica obično se opisuje s dva skupa brojeva; kao što su: Hyperlite 2207-1922KV. Prvi skup brojeva odnosi se na veličinu statora motora u milimetrima. Ovaj specifični stator motora širok je 22 mm i visok 7 mm. Stari DJI Phantomi koristili su 2212 motora. Dimenzije statora obično slijede trend:

Viši stator omogućuje bolje performanse (veći rasponi okretaja u minuti)

Širi stator omogućuje jače performanse nižeg kraja (niži rasponi okretaja u minuti)

Drugi skup brojeva je ocjena KV za motor. KV naziv motora konstanta je brzine tog određenog motora, što u osnovi znači da će motor stvarati povratni EMF od 1V kada se motor okreće pri tom broju okretaja ili će se vrtjeti pri neopterećenom broju okretaja KV kada se primijeni 1V. Na primjer: Ovaj motor uparen s 4S lipo -om imat će teoretski nominalni broj okretaja od 1922x14,8 = 28, 446 RPM

Zapravo, motor možda neće doseći ovu teoretsku brzinu jer postoje nelinearni mehanički gubici i gubici otporničke snage.

Korak 2: Osnove

Elektromotor razvija okretni moment izmjenjujući polaritet rotirajućih elektromagneta pričvršćenih na rotor, rotirajući dio stroja i stacionarne magnete na statoru koji okružuje rotor. Jedan ili oba skupa magneta su elektromagneti, napravljeni od zavojnice žice omotane oko feromagnetne jezgre. Električna energija koja prolazi kroz namotaj žice stvara magnetsko polje, pružajući snagu koja pokreće motor.

Konfiguracijski broj govori vam koliko elektromagneta ima na statoru i broj stalnih magneta na rotoru. Broj ispred slova N prikazuje broj elektromagneta koji se nalaze u statoru. Broj ispred P pokazuje koliko stalnih magneta ima u rotoru. Većina vanbrodskih motora bez četkica slijedi konfiguraciju 12N14P.

Korak 3: Elektronički regulator brzine

ESC je uređaj koji pretvara istosmjernu struju iz baterije u izmjeničnu. Također uzima unos podataka iz kontrolera leta za moduliranje brzine i snage motora. Za ovu komunikaciju postoji više protokola. Primarni analogni su: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 i Multishot. No, oni su zastarjeli za quadcoptere jer su stigli novi digitalni protokoli nazvani Dshot. Nema problema s kalibracijom analognih protokola. Budući da se digitalni bitovi šalju kao informacija, signal se ne prekida promjenjivim magnetskim poljima i skokovima napona, za razliku od njihovih kolega. Dhsot zapravo nije znatno brži od Multishota do DShota 1200 i 2400, koji u ovom trenutku može raditi samo na nekoliko ESC -ova. Stvarne prednosti Dshota prvenstveno su dvosmjerni komunikacijski kapaciteti, osobito mogućnost slanja sobnih podataka natrag u FC radi korištenja pri podešavanju dinamičkih filtera i mogućnost izvođenja stvari poput načina kornjače (privremeno preokrenuti ESC-ove kako bi okrenuli četverokut preko ako je zaglavljeno naopako). ESC se prvenstveno sastoji od 6 MOSFET -ova, 2 za svaku fazu motora i mikrokontrolera. MOSFET se u osnovi izmjenjuje između mijenjanja polariteta na određenoj frekvenciji za regulaciju broja okretaja motora. ESC -i imaju trenutnu ocjenu jer je to najveća snaga amperaže koju ESC može izdržati dugo vremena.

Korak 4: Učinkovitost

(Više niti: Ljubičasti motor Jednostruki: Narančasti motor)

Žica:

Višežilne žice mogu pakirati veći volumen bakra na određenom području u usporedbi s jednom debelom žicom omotanom oko statora pa je jakost magnetskog polja nešto jača, ali je ukupna potrošnja snage motora ograničena zbog tankih žica (S obzirom da višežilni motor izrađen je bez ukrštanja žica, što je vrlo vjerojatno zbog kvalitete izrade). Deblja žica može nositi veću struju i održavati veću izlaznu snagu u odnosu na jednako konstruirani višežilni motor. Teže je izgraditi pravilno konstruiran višelančani motor, pa je većina kvalitetnih motora izrađena s jednom niti žice (za svaku fazu). Male prednosti višestrukog ožičenja lako se nadmašuju proizvodnjom i osrednjim dizajnom, a da ne spominjemo da postoji mnogo više prostora za nezgode ako se neka od tankih žica pregrije ili dođe do kratkog spoja. Jednožilno ožičenje nema niti jedan od tih problema jer ima mnogo veću granicu struje i minimalne točke kratkog spoja. Dakle, za pouzdanost, dosljednost i učinkovitost, jednolančani namoti najbolji su za četverokopterne motore bez četkica.

p.s. Jedan od razloga zašto su višežilne žice lošije za neke specifične motore je učinak kože. Učinak kože je tendencija da se izmjenična električna struja distribuira unutar vodiča tako da je gustoća struje najveća u blizini površine vodiča i da se smanjuje s većom dubinom u vodiču. Dubina učinka kože ovisi o učestalosti. Na visokim frekvencijama dubina kože postaje mnogo manja. (U industrijske svrhe, žica od lita koristi se za suzbijanje povećanog otpora izmjeničnog napona zbog efekta kože i štedi novac) Ovaj učinak skidanja može uzrokovati preskakanje elektrona po žicama unutar svake skupine zavojnica, čime ih međusobno kratko spajaju. Ovaj se učinak obično događa kada je motor mokar ili koristi visoke frekvencije veće od 60Hz. Učinak skidanja može uzrokovati vrtložne struje koje zauzvrat stvaraju žarišta unutar namota. To je razlog zašto korištenje manje žice nije idealno.

Temperatura:

Trajni neodimijski magneti koji se koriste za motore bez četkica prilično su jaki, obično se kreću od N48-N52 u smislu magnetske snage (veći je jači N52 je najjači prema mojim saznanjima). Neodimijski magneti tipa N trajno gube dio magnetiziranja na temperaturi od 80 ° C. Magneti s magnetizacijom N52 imaju maksimalnu radnu temperaturu od 65 ° C. Snažno hlađenje ne šteti neodimijskim magnetima. Preporučuje se da nikada ne pregrijavate motore jer emajlirani izolacijski materijal na bakrenim namotima također ima ograničenje temperature, a ako se otope, to može uzrokovati kratki spoj koji će izgorjeti motor ili još gore, vaš kontrolor leta. Zlatno pravilo je da ako ne možete držati motor jako dugo nakon kratkog leta od 1 ili 2 minute, vjerojatno ste pregrijali motor i ta postavka neće biti održiva za dulju uporabu.

Korak 5: Zakretni moment

Baš kao što postoji konstanta brzine motora, postoji konstanta zakretnog momenta. Gornja slika prikazuje odnos između konstante zakretnog momenta i konstante brzine. Da biste pronašli zakretni moment, samo pomnožite konstantu zakretnog momenta sa strujom. Zanimljivost u vezi s zakretnim momentom u motorima bez četkica je ta da zbog otporničkih gubitaka u krugu između baterije i motora, odnos između okretnog momenta i KV motora nije toliko izravno povezan kao što jednadžba sugerira. Na priloženoj slici prikazan je stvarni odnos zakretnog momenta i KV pri različitim okretajima. Zbog dodatnog otpora cijelog kruga, % promjena otpora nije ekvivalentna % promjeni KV -a pa odnos ima čudnu krivulju. Budući da promjene nisu proporcionalne, varijanta motora s nižim KV uvijek ima veći okretni moment sve do određenog visokog broja okretaja gdje omjer nadmorske visine motora visokog KV preuzima snagu i proizvodi veći okretni moment.

Na temelju jednadžbe, KV mijenja samo struju potrebnu za stvaranje okretnog momenta, ili obrnuto, koliko zakretnog momenta proizvodi određena količina struje. Sposobnost motora da zapravo proizvodi okretni moment faktor je faktora kao što su snaga magneta, zračni jaz, površina poprečnog presjeka namota. S povećanjem broja okretaja struja dramatično raste prvenstveno zbog nelinearnog odnosa energije i broja okretaja.

Korak 6: Dodatne značajke

Zvono motora dio je motora koji će podnijeti najveću štetu u plovilu pa je neophodno da je izrađeno od najboljeg materijala za tu namjenu. Većina jeftinih kineskih motora izrađena je od aluminija 6061 koji se lako deformira u teškom sudaru pa se držite podalje od asfalta tijekom leta. Vrhunska strana motora koristi aluminij 7075 koji nudi mnogo veću izdržljivost i duži vijek trajanja.

Najnoviji trend u motorima četverokopterima je imati šuplju osovinu od titana ili čelika jer je lakša od maske s čvrstom osovinom i ima veliku čvrstoću konstrukcije. U usporedbi s čvrstom osovinom, šuplja osovina ima manju težinu, za zadanu duljinu i promjer. Štoviše, dobra je ideja nastaviti sa šupljim osovinama, ako naš naglasak bude na smanjenju težine i smanjenju troškova. Šuplje osovine puno bolje podnose torzijska opterećenja u odnosu na čvrsta vratila. Osim toga, titanovo vratilo neće se tako lako skinuti kao čelično ili aluminijsko vratilo. Očvrsli čelik zapravo može biti bolji u smislu funkcionalne čvrstoće od nekih legura titana koje se obično koriste u tim šupljim osovinama. To doista ovisi o specifičnim legurama o kojima se raspravlja i tehnici stvrdnjavanja. Pod pretpostavkom da je najbolji slučaj za oba materijala, titan će biti lakši, ali nešto lomljiviji, a kaljeni čelik bit će čvršći, ali neznatno teži.

Korak 7: Reference/ izvori

Za iznimno detaljno testiranje i pregled određenih motora četvorokopter, provjerite EngineerX na YouTubeu. On objavljuje detaljne statistike i testira motore na različitim propelerima.

Za zanimljive teorije i ostale dodatne informacije o svijetu utrka/slobodnog stila FPV -a pogledajte KababFPV. On je jedan od najvećih ljudi koje treba slušati radi edukativne i intuitivne rasprave o tehnologiji quadcoptera.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Uživajte u ovoj fotografiji.

Hvala na posjeti.