Motori bez četkica: 7 koraka

2024 Autor: John Day | [email protected]. Zadnja izmjena: 2024-01-30 08:07

Ovo uputstvo je vodič/pregled tehnologije motora iza modernih entuzijastičnih quadcopter motora. Samo da vam pokažemo za šta su quadcopteri sposobni pogledajte ovaj nevjerojatan video. (Gledajte jačinu zvuka. Postaje jako glasno) Sve zasluge idu originalnom 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 je širok 22 mm i visok 7 mm. Stari DJI Phantomi koristili su 2212 motora. Dimenzije statora obično slijede trend:

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

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

Drugi skup brojeva je KV za motor. KV naziv motora je konstanta 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 sa 4S lipo imaće teoretski nominalni broj okretaja od 1922x14,8 = 28, 446 RPM

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

Korak 2: Osnove

Elektromotor razvija okretni moment izmjenjujući polaritet rotirajućih elektromagneta pričvršćenih za rotor, rotirajući dio mašine i stacionarne magnete na statoru koji okružuje rotor. Jedan ili oba seta magneta su elektromagneti, napravljeni od zavojnice žice omotane oko feromagnetnog jezgra. 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 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. Ali oni su zastarjeli za quadcoptere jer su stigli novi digitalni protokoli nazvani Dshot. Nema problema sa kalibracijom analognih protokola. Budući da se digitalni bitovi šalju kao informacija, signal se ne ometa promjenom magnetskih polja i skokova napona za razliku od njihovih kolega. Dhsot zapravo nije znatno brži od Multishota do DShot 1200 i 2400, koji u ovom trenutku mogu raditi samo na nekoliko ESC -ova. Stvarne prednosti Dshota prvenstveno su dvosmjerni komunikacijski kapaciteti, posebno mogućnost slanja sobnih podataka natrag u FC za korištenje pri podešavanju dinamičkih filtera i mogućnost obavljanja stvari poput načina rada kornjača (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 maksimalna snaga amperaže koju ESC može izdržati duži vremenski period.

Korak 4: Efikasnost

(Više niti: Ljubičasti motor Jednostruki: Narančasti motor)

Žica:

Višežilne žice mogu pakirati veću količinu bakra na određenom području u usporedbi s jednom debelom žicom omotanom oko statora pa je jakost magnetskog polja nešto jača, ali je ukupna potrošnja energije motora ograničena zbog tankih žica (S obzirom da višežilni motor je konstruiran bez ikakvog ukrštanja žica, što je vrlo malo vjerojatno zbog kvalitete proizvodnje). Deblja žica može nositi veću struju i održavati veću izlaznu snagu u odnosu na jednako konstruirani višežilni motor. Teže je izgraditi pravilno izrađen 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 nijedan od tih problema jer ima mnogo veću granicu struje i minimalne točke kratkog spoja. Dakle, za pouzdanost, dosljednost i efikasnost, jednolančani namoti su najbolji za četvokopterne motore bez četkica.

P. S. Jedan od razloga zbog kojih su višežilne žice lošije za neke specifične motore je učinak kože. Efekt 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 efekta kože ovisi o učestalosti. Na visokim frekvencijama dubina kože postaje mnogo manja. (U industrijske svrhe, litz žica se koristi za suzbijanje povećane otpornosti naizmjenične struje zbog efekta kože i ušteda novca) Ovaj učinak skidanja može uzrokovati preskakanje elektrona preko žica unutar svake grupe 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. Zbog toga 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 sa magnetizacijom N52 imaju maksimalnu radnu temperaturu od 65 ° C. Snažno hlađenje ne šteti neodimijumskim 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, kontroler 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 dužu upotrebu.

Korak 5: Zakretni moment

Baš kao što postoji konstanta brzine motora, postoji konstanta obrtnog momenta. Gornja slika prikazuje odnos između konstante obrtnog 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 tako direktno povezan kao što jednadžba sugerira. Na priloženoj slici prikazan je stvarni odnos između okretnog 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, pri čemu razmak u visini u minuti visokog KV motora preuzima snagu i proizvodi veći okretni moment.

Na temelju jednadžbe, KV mijenja samo struju koja je potrebna za stvaranje okretnog momenta, ili obrnuto, koliko zakretnog momenta proizvodi određena količina struje. Sposobnost motora da zapravo proizvodi okretni moment faktor je faktora poput jačine magneta, zračnog zazora, površine poprečnog presjeka namota. S povećanjem broja okretaja struja dramatično raste prvenstveno zbog nelinearnog odnosa energije i broja okretaja.

Korak 6: Dodatne funkcije

Zvono motora je dio motora koji će podnijeti najveću štetu u plovilu pa je imperativ da je napravljen od najboljeg materijala za tu namjenu. Većina jeftinih kineskih motora izrađeni su 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.

Nedavni trend u motorima sa četvorokopterima je da imaju šuplju osovinu od titanijuma ili čelika jer je lakša od čvrste osovine i ima veliku konstrukcijsku čvrstoću. U poređenju sa čvrstim vratilom, šuplje vratilo je manje težine, za datu dužinu i prečnik. Štoviše, dobra je ideja nastaviti sa šupljim osovinama, ako naš naglasak bude na smanjenju težine i smanjenju troškova. Šuplje osovine mnogo bolje podnose torzijska opterećenja u odnosu na čvrsta vratila. Osim toga, titansko vratilo se neće skinuti tako lako kao čelično ili aluminijsko vratilo. Očvrsli čelik zapravo može biti bolji u smislu funkcionalne čvrstoće od nekih legura titana koje se obično koriste u ovim šupljim osovinama. Zaista ovisi o specifičnim legurama o kojima se raspravlja i korištenoj tehnici očvršćavanja. Pod pretpostavkom da je najbolje za oba materijala, titan će biti lakši, ali nešto lomljiviji, a kaljeni čelik bit će čvršći, ali neznatno teži.

Korak 7: Reference/ izvori

Za izuzetno detaljna testiranja i pregled specifičnih motora četvorokopter, provjerite EngineerX na YouTubeu. On objavljuje detaljne statistike i testira motore na različitim propelerima.

Za zanimljive teorije i druge dodatne informacije o svijetu utrka/slobodnog stila FPV, 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 vam na posjeti.