Brezkrtačni motorji: 7 korakov

2024 Avtor: John Day | [email protected]. Nazadnje spremenjeno: 2024-01-30 12:05

Ta priročnik je vodnik/pregled motorne tehnologije, ki stoji za sodobnimi motorji s štiristopenjskim navdušenjem. Oglejte si ta neverjeten video, da vam pokažemo, česa so zmožni quadcopters. (Oglejte si glasnost. Postane zelo glasno) Vse zasluge pripadajo prvotnemu založniku videoposnetka.

1. korak: Terminologija

Večino brezkrtačnih motorjev običajno opišemo z dvema nizoma številk; kot so: Hyperlite 2207-1922KV. Prvi niz se nanaša na velikost statorja motorja v milimetrih. Ta poseben stator motorja je širok 22 mm in visok 7 mm. Stari DJI Phantomi so uporabljali 2212 motorjev. Mere statorja običajno sledijo trendu:

Višji stator omogoča višjo zmogljivost (višji obsegi vrtljajev)

Širši stator omogoča močnejše nižje zmogljivosti (nižji obsegi vrtljajev)

Drugi niz številk je ocena KV za motor. KV ocena motorja je konstanta hitrosti določenega motorja, kar v bistvu pomeni, da bo motor ustvaril povratni EMF 1V, ko se motor vrti pri tem RPM ali pa se bo vrtel pri neobremenjenem RPM KV, ko je uporabljen 1V. Na primer: Ta motor, povezan s 4S lipo, bo imel teoretično nazivni RPM 1922x14,8 = 28, 446 RPM

Pravzaprav motor morda ne bo dosegel te teoretične hitrosti, ker obstajajo nelinearne mehanske izgube in izgube uporovne moči.

2. korak: Osnove

Elektromotor razvija navor z izmenično polarnostjo vrtečih se elektromagnetov, pritrjenih na rotor, vrtljivega dela stroja in stacionarnih magnetov na statorju, ki obdaja rotor. Eden ali oba niza magnetov sta elektromagneta, narejena iz tuljave žice, navite okoli feromagnetnega jedra. Električna energija, ki teče skozi navitje žice, ustvarja magnetno polje, ki zagotavlja moč, ki poganja motor.

Konfiguracijska številka pove, koliko elektromagnetov je na statorju in število trajnih magnetov na rotorju. Številka pred črko N prikazuje število elektromagnetov v statorju. Številka pred črko P prikazuje, koliko trajnih magnetov je v rotorju. Večina brezkrtačnih motorjev brez tekača sledi konfiguraciji 12N14P.

3. korak: Elektronski krmilnik hitrosti

ESC je naprava, ki pretvarja enosmerno električno energijo iz baterije v AC. Prav tako vnaša podatke iz krmilnika leta za uravnavanje hitrosti in moči motorja. Za to komunikacijo obstaja več protokolov. Primarni analogni so: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 in Multishot. Toda ti so za quadcopters zastareli, ko so prišli novi digitalni protokoli, imenovani Dshot. Nima nobenih težav s kalibracijo analognih protokolov. Ker se kot informacija pošiljajo digitalni bitovi, signal ne motijo spreminjajoča se magnetna polja in napetostni sunki v nasprotju z njihovimi kolegi. Dhsot v resnici ni občutno hitrejši od Multishota do DShot 1200 in 2400, ki lahko na tem mestu deluje le na nekaj ESC -jih. Resnične prednosti Dshota so predvsem dvosmerna komunikacijska zmogljivost, zlasti možnost pošiljanja sobnih podatkov nazaj v FC za uporabo pri nastavljanju dinamičnih filtrov in zmožnost izvajanja stvari, kot je način želve (začasno obrnite ESC, da obrnete štirikolesnik) čez, če je obtičal na glavo). ESC je sestavljen predvsem iz 6 MOSF, 2 za vsako fazo motorja in mikrokrmilnika. MOSFET se v bistvu spreminja med spreminjanjem polarnosti pri določeni frekvenci za uravnavanje vrtljajev motorja. ESC imajo trenutno oceno, saj je to največja moč amperaže, ki jo lahko ESC vzdrži dlje časa.

4. korak: Učinkovitost

(Več niti: vijolični motor Enojni pramen: oranžni motor)

Žica:

Večžične žice lahko na določenem območju zapakirajo večjo količino bakra v primerjavi z eno debelo žico, navito okoli statorja, zato je jakost magnetnega polja nekoliko močnejša, vendar je celotna poraba energije motorja omejena zaradi tankih žic (večžilni motor je izdelan brez križanja žic, kar je zelo malo verjetno zaradi kakovosti izdelave). Debelejša žica lahko nosi več toka in vzdržuje večjo izhodno moč v primerjavi z enako konstruiranim večžičnim motorjem. Težko je zgraditi pravilno zgrajen motor z več verigami, zato je večina kakovostnih motorjev zgrajena z eno verigo žice (za vsako fazo). Majhne prednosti večžičnega ožičenja se zlahka odpravijo s proizvodnjo in povprečnim oblikovanjem, da ne omenjam, da je pri pregrevanju ali kratkem stiku veliko več prostora za napake. Enojno ožičenje nima nobenih od teh težav, saj ima veliko višjo mejo toka in minimalne točke kratkega stika. Tako so za zanesljivost, doslednost in učinkovitost enosmerni navitji najboljši za štirikolesne motorje brez krtačk.

P. S. Eden od razlogov, da so večžične žice slabše za nekatere posebne motorje, je učinek kože. Kožni učinek je težnja, da se izmenični električni tok porazdeli znotraj prevodnika, tako da je gostota toka največja v bližini površine prevodnika in se z večjo globino prevodnika zmanjšuje. Globina učinka kože se spreminja glede na pogostost. Pri visokih frekvencah postane globina kože veliko manjša. (Za industrijske namene se žica litz uporablja za preprečevanje povečane odpornosti na izmenični tok zaradi učinka kože in prihranek denarja) Ta učinek odstranjevanja lahko povzroči, da elektroni preskočijo žice znotraj vsake skupine tuljav in jih tako medsebojno skrajšajo. Ta učinek se običajno zgodi, ko je motor moker ali uporablja visoke frekvence nad 60Hz. Odstranitev kože lahko povzroči vrtinčne tokove, ki posledično ustvarijo vroče točke v navitju. Zato uporaba manjših žic ni idealna.

Temperatura:

Trajni neodimijski magneti, ki se uporabljajo za brezkrtačne motorje, so precej močni, običajno se gibljejo od N48-N52 glede na magnetno moč (višji je močnejši N52 je najmočnejši po mojih podatkih). Neodimijski magneti tipa N trajno izgubijo del svoje magnetizacije pri temperaturi 80 ° C. Magneti z magnetizacijo N52 imajo največjo delovno temperaturo 65 ° C. Močno ohlajanje ne škoduje neodimskim magnetom. Priporočljivo je, da motorjev nikoli ne pregrejete, saj ima emajlirana izolacijska snov na bakrenih navitjih tudi temperaturno mejo, in če se topijo, lahko povzroči kratek stik motorja ali še huje, krmilnik leta. Dobro pravilo je, da če po kratkem 1 ali 2 -minutnem letu ne morete držati motorja zelo dolgo, verjetno motor pregrejete in ta nastavitev ne bo izvedljiva za daljšo uporabo.

5. korak: Navor

Tako kot obstaja konstanta hitrosti motorja, obstaja konstanta navora. Zgornja slika prikazuje razmerje med konstanto navora in konstanto hitrosti. Če želite najti navor, samo pomnožite konstanto navora s tokom. Zanimivost navora pri brezkrtačnih motorjih je, da zaradi uporovnih izgub vezja med baterijo in motorjem razmerje med navorom in KV motorja ni tako neposredno povezano, kot kaže enačba. Na priloženi sliki je prikazano dejansko razmerje med navorom in KV pri različnih vrtljajih. Zaradi dodanega upora celotnega vezja % sprememba upora ni enakovredna % spremembi KV, zato ima razmerje čudno krivuljo. Ker spremembe niso sorazmerne, ima nižja različica motorja KV vedno večji navor do določenega visokega števila vrtljajev, kjer višina vrtljajev pri motorju z visokim KV prevzame moč in ustvari več navora.

Na podlagi enačbe KV spremeni le tok, ki je potreben za navor, ali obratno, koliko navora proizvede določena količina toka. Sposobnost motorja, da dejansko ustvari navor, je dejavnik stvari, kot so moč magneta, zračna reža, površina preseka navitij. S povečanjem števila vrtljajev se tok dramatično poveča predvsem zaradi nelinearnega razmerja med energijo in vrtljaji.

6. korak: Dodatne funkcije

Zvonec motorja je del motorja, ki bo v plovilu povzročil največ škode, zato je nujno, da je izdelan iz najboljšega materiala za ta namen. Večina poceni kitajskih motorjev je izdelanih iz aluminija 6061, ki se v težki nesreči zlahka deformira, zato se med letenjem izogibajte asfalta. Bolj vrhunska stran motorjev uporablja aluminij 7075, ki ponuja veliko večjo vzdržljivost in daljšo življenjsko dobo.

Nedavni trend pri motorjih štirikopterjev je imeti votlo gred iz titana ali jekla, saj je lažja od trdne gredi in ima veliko konstrukcijsko trdnost. V primerjavi s trdno gredjo je votla gred manjše teže za določeno dolžino in premer. Poleg tega bi bilo dobro nadaljevati z votlimi gredi, če smo poudarek na zmanjšanju teže in zmanjšanju stroškov. Votle gredi veliko bolje prenašajo torzijske obremenitve v primerjavi s trdnimi gredi. Poleg tega se titanova gred ne odstranjuje tako enostavno kot gred iz jekla ali aluminija. Kaljeno jeklo je glede funkcionalne trdnosti dejansko lahko boljše od nekaterih titanovih zlitin, ki se običajno uporabljajo v teh votlih gredih. Res je odvisno od posebnih zlitin, o katerih se razpravlja, in uporabljene tehnike utrjevanja. Ob predpostavki, da je najboljši primer za oba materiala, bo titan lažji, a nekoliko bolj krhek, kaljeno jeklo pa trdnejše, vendar rahlo težje.

7. korak: Reference/ viri

Za izredno podrobno testiranje in pregled določenih motorjev štirikopterja si oglejte EngineerX na YouTubu. Objavlja podrobne statistike in preizkuša motorje z različnimi propelerji.

Za zanimive teorije in druge dodatne informacije o svetu dirk/prostega sloga FPV si oglejte KababFPV. Je eden največjih ljudi, ki jim je treba prisluhniti za izobraževalno in intuitivno razpravo o tehnologiji štirikopterja.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Uživajte v tej fotografiji.

Hvala za obisk.