Безчеткови двигатели: 7 стъпки

2024 Автор: John Day | [email protected]. Последно модифициран: 2024-01-30 07:52

Тази инструкция е ръководство/преглед на моторната технология зад съвременните ентусиазирани четирикоптерни двигатели. Само за да ви покажем на какво са способни квадрокоптерите, гледайте това невероятно видео. (Гледайте силата на звука. Става много силно) Всички заслуги отиват при първоначалния издател на видеоклипа.

Стъпка 1: Терминология

Повечето безчеткови двигатели обикновено се описват с два набора числа; като: Hyperlite 2207-1922KV. Първият набор от числа се отнася до размера на статора на двигателя в милиметри. Този специфичен статор на двигателя е широк 22 мм и висок 7 мм. Старите DJI Phantoms използваха 2212 двигателя. Размерите на статора обикновено следват тенденция:

По -високият статор позволява по -висока производителност (по -високи обороти в минута)

По -широкият статор позволява по -силна производителност от по -нисък край (по -ниски диапазони на оборотите)

Вторият набор от числа е рейтингът KV за двигателя. Номиналната стойност на KV на двигателя е константата на скоростта на този конкретен двигател, което основно означава, че двигателят ще създаде обратно EMF от 1 V, когато двигателят се върти при тази честота на въртене, или ще се върти при ненатоварен RPM на KV, когато се приложи 1 V. Например: Този двигател, сдвоен с 4S lipo, ще има теоретичен номинален обороти от 1922x14.8 = 28, 446 RPM

Всъщност двигателят може да не достигне тази теоретична скорост, защото има нелинейни механични загуби и загуби на резистивна мощност.

Стъпка 2: Основи

Електрическият двигател развива въртящ момент чрез редуване на полярността на въртящите се електромагнити, прикрепени към ротора, въртящата се част на машината и неподвижните магнити върху статора, който заобикаля ротора. Един или двата комплекта магнити са електромагнити, направени от намотка от тел, навита около феромагнитно ядро. Електричеството, преминаващо през намотката на проводника, създава магнитното поле, осигуряващо захранването на двигателя.

Конфигурационният номер ви казва колко електромагнити има на статора и броя на постоянните магнити на ротора. Числото преди буквата N показва броя на електромагнитите, които има в статора. Числото преди P показва колко постоянни магнити има в ротора. Повечето безчеткови двигатели с външна подвижност следват конфигурацията 12N14P.

Стъпка 3: Електронен контролер на скоростта

ESC е устройството, което преобразува DC електричеството от батерията в AC. Той също така приема данни от полетния контролер, за да модулира скоростта и мощността на двигателя. Има няколко протокола за тази комуникация. Основните аналогови са: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 и Multishot. Но те станаха остарели за квадрокоптерите, тъй като пристигнаха нови цифрови протоколи, наречени Dshot. Той няма проблеми с калибрирането на аналоговите протоколи. Тъй като има цифрови битове, които се изпращат като информация, сигналът не се нарушава от променящите се магнитни полета и скокове на напрежението, за разлика от техните колеги. Dhsot всъщност не е значително по -бърз от Multishot до DShot 1200 и 2400, които на този етап могат да работят само на няколко ESC. Истинските предимства на Dshot са преди всичко двупосочния комуникационен капацитет, по-специално способността да се изпращат стайни данни обратно към FC за използване при настройка на динамичните филтри и възможността да се правят неща като режим на костенурка (временно обърнете ESC, за да обърнете четириъгълника над, ако е заседнал с главата надолу). ESC се състои главно от 6 MOSFET, 2 за всяка фаза на двигателя и микроконтролер. MOSFET основно се редува между обръщане на полярността при определена честота, за да регулира оборотите на двигателя. ESC имат текущ рейтинг, тъй като това е максималната сила на тока, която ESC може да издържи за дълги периоди от време.

Стъпка 4: Ефективност

(Многоверижен: лилав двигател Единичен: оранжев мотор)

Тел:

Многожилните проводници могат да опаковат по -голям обем мед в дадена област в сравнение с единична дебела тел, навита около статора, така че силата на магнитното поле е малко по -силна, но общата мощност на двигателя е ограничена поради тънките проводници (Като се има предвид, че многожилен двигател е конструиран без кръстосване на проводниците, което е много малко вероятно поради качеството на производството). По -дебел проводник може да носи повече ток и да поддържа по -висока изходна мощност в сравнение с еднакво конструирания многоверижен двигател. По -трудно е да се изгради правилно конструиран многожилен двигател, затова повечето качествени двигатели са изградени с една нишка тел (за всяка фаза). Малките предимства на многопроводното окабеляване лесно се преодоляват от производството и посредственото проектиране, да не говорим, че има много повече място за злополуки, ако някой от тънките проводници прегрява или късо съединение. Еднопроводното окабеляване няма нито един от тези проблеми, тъй като има много по -висока граница на ток и минимални точки на късо съединение. Така че, за надеждност, последователност и ефективност, едноверижните намотки са най -добрите за безчетков двигател с квадрокоптер.

P. S. Една от причините, поради които многожилните проводници са по -лоши за някои специфични двигатели, се дължи на ефекта на кожата. Ефектът на кожата е тенденцията променливият електрически ток да се разпределя в проводник, така че плътността на тока да е най -голяма близо до повърхността на проводника и да намалява с по -големи дълбочини в проводника. Дълбочината на кожния ефект варира в зависимост от честотата. При високи честоти дълбочината на кожата става много по -малка. (За промишлени цели, лицовият проводник се използва за противодействие на повишеното съпротивление на променливотоковото напрежение поради ефекта на кожата и спестяване на пари) Този ефект на обелване може да накара електроните да прескачат през проводниците във всяка група намотки, като ефективно ги късо съединяват. Този ефект обикновено се случва, когато двигателят е мокър или използва високи честоти над 60Hz. Ефектът на обелване може да причини вихрови токове, които от своя страна създават горещи точки в намотката. Ето защо използването на по -малък проводник не е идеално.

Температура:

Постоянните неодимови магнити, използвани за безчеткови двигатели, са доста силни, те обикновено варират от N48-N52 по отношение на магнитната сила (по-високият е по-силен N52 е най-силният доколкото ми е известно). Неодимовите магнити от тип N губят част от намагнитването си постоянно при температура 80 ° C. Магнитите с намагнитване N52 имат максимална работна температура 65 ° C. Едно силно охлаждане не уврежда неодимовите магнити. Препоръчително е никога да не прегрявате двигателите, тъй като емайлираният изолационен материал върху медните намотки също има температурно ограничение и ако те се стопят, това може да причини късо съединение, което да изгори двигателя или дори по -лошо, да управлявате полета. Добро правило е, че ако не можете да задържите двигателя за много дълъг период от време след кратък 1 или 2 минутен полет, вероятно прегрявате двигателя и тази настройка няма да бъде жизнеспособна за продължителна употреба.

Стъпка 5: Въртящ момент

Точно както има константа на скоростта на двигателя, има константа на въртящия момент. Изображението по -горе ви показва връзката между константата на въртящия момент и константата на скоростта. За да намерите въртящ момент, просто умножете константата на въртящия момент с тока. Интересното при въртящия момент при безчеткови двигатели е, че поради резистивните загуби на веригата между батерията и двигателя, връзката между въртящия момент и KV на двигателя не е толкова пряко свързана, както предполага уравнението. Приложената снимка показва действителната връзка между въртящия момент и KV при различни обороти. Поради добавеното съпротивление на цялата верига, % промяна в съпротивлението не е еквивалентна на % промяна в KV и следователно връзката има странна крива. Тъй като промените не са пропорционални, по -ниският KV вариант на двигателя винаги има по -голям въртящ момент до определен висок RPM, където височината на RPM на двигателя с висок KV поема силата и произвежда по -голям въртящ момент.

Въз основа на уравнението, KV променя само тока, необходим за генериране на въртящия момент, или обратно, колко въртящ момент се произвежда от определено количество ток. Способността на двигателя да произвежда действително въртящ момент е фактор на неща като силата на магнита, въздушната междина, площта на напречното сечение на намотките. С увеличаването на оборотите оборотите токът нараства драстично главно поради нелинейната връзка между енергия и обороти.

Стъпка 6: Допълнителни функции

Звънецът на двигателя е частта от двигателя, която ще поеме най -много щети в плавателния съд, така че е наложително да е направен от най -добрия материал за целта. Повечето евтини китайски двигатели са изработени от алуминий 6061, който лесно се деформира при тежка катастрофа, така че стойте далеч от асфалта, докато летите. По -премиалната страна на двигателите използва алуминий 7075, който предлага много по -голяма издръжливост и по -дълъг живот.

Най -новата тенденция в квадрокоптерните двигатели е да има кух вал от титан или стомана, тъй като е по -лек от твърд вал и има голяма здравина на конструкцията. В сравнение с твърд вал, кухият вал е с по -малко тегло за дадена дължина и диаметър. Освен това е добра идея да продължите с кухи валове, ако акцентираме върху намаляване на теглото и намаляване на разходите. Кухите валове са много по -добре да поемат натоварвания на усукване в сравнение с плътните валове. Освен това титановият вал няма да се съблича толкова лесно, колкото стоманения или алуминиевия вал. Закалената стомана всъщност може да бъде по -добра по отношение на функционалната здравина от някои от титановите сплави, често използвани в тези кухи валове. Това наистина зависи от конкретните сплави, които се обсъждат, и използваната техника на втвърдяване. Приемайки най -добрия случай и за двата материала, титанът ще бъде по -лек, но малко по -крехък, а закалената стомана ще бъде по -здрава, но лека I по -тежка.

Стъпка 7: Препратки/ ресурси

За изключително подробни тестове и преглед на конкретни двигатели на квадрокоптери, вижте EngineerX в YouTube. Той публикува подробна статистика и тества моторите с различни витла.

За интересни теории и друга допълнителна информация за света на състезания/свободен стил FPV, гледайте KababFPV. Той е един от най -великите хора, които да слушате за образователна и интуитивна дискусия за технологията на квадрокоптера.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Насладете се на тази снимка.

Благодаря ти за посещението.