Motoare fără perii: 7 pași

2024 Autor: John Day | [email protected]. Modificat ultima dată: 2024-01-30 11:44

Acest instructable este un ghid / prezentare generală a tehnologiei motorului din spatele motoarelor moderne quadcopter entuziast. Doar pentru a vă arăta de ce sunt capabile quadcopterele, urmăriți acest videoclip uimitor. (Urmăriți volumul. Devine foarte tare) Toate meritele aparțin editorului original al videoclipului.

Pasul 1: Terminologie

Majoritatea motoarelor fără perii sunt de obicei descrise prin două seturi de numere; precum: Hyperlite 2207-1922KV. Primul set de numere se referă la dimensiunea statorului motorului în milimetri. Acest stator motor specific are o lățime de 22 mm și o înălțime de 7 mm. Vechiul DJI Phantoms folosea 2212 motoare. Dimensiunile statorului urmează de obicei o tendință:

Statorul mai înalt permite o performanță superioară superioară (intervale mai mari de RPM)

Stator mai larg permite o performanță mai puternică la capătul inferior (intervale de RPM mai mici)

Al doilea set de numere reprezintă calificativul KV pentru motor. Evaluarea KV a motorului este constanta de viteză a motorului respectiv, ceea ce înseamnă practic că motorul va crea o EMF înapoi de 1V când motorul este rotit la acel RPM sau se va roti la un RPM descărcat al KV când se aplică 1V. De exemplu: Acest motor asociat cu un lipo 4S va avea un RPM nominal teoretic de 1922x14,8 = 28, 446 RPM

De fapt, este posibil ca motorul să nu atingă această viteză teoretică, deoarece există pierderi mecanice neliniare și pierderi de putere rezistivă.

Pasul 2: Noțiuni de bază

Un motor electric dezvoltă cuplul alternând polaritatea electromagnetilor rotativi atașați la rotor, partea rotativă a mașinii și magneții staționari pe statorul care înconjoară rotorul. Unul sau ambele seturi de magneți sunt electromagneti, compuși dintr-o bobină de sârmă înfășurată în jurul unui miez feromagnetic. Electricitatea care trece prin înfășurarea sârmei creează câmpul magnetic, furnizând puterea care acționează motorul.

Numărul de configurație vă indică câți electromagneti există pe stator și numărul de magneți permanenți pe rotor. Numărul dinaintea literei N arată numărul de electro-magneți care există în stator. Numărul dinaintea lui P arată câți magneți permanenți există în rotor. Majoritatea motoarelor fără perii care rulează urmează configurația 12N14P.

Pasul 3: Controler electronic de viteză

Un ESC este dispozitivul care convertește curentul continuu de la baterie la curent alternativ. De asemenea, ia date de la controlerul de zbor pentru a modula viteza și puterea motorului. Există mai multe protocoale pentru această comunicare. Cele analogice primare sunt: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 și Multishot. Dar acestea au devenit învechite pentru quadcopters pe măsură ce au sosit noi protocoale digitale numite Dshot. Nu are nicio problemă de calibrare a protocoalelor analogice. Deoarece sunt transmise biți digitali ca informație, semnalul nu este perturbat de schimbarea câmpurilor magnetice și a vârfurilor de tensiune, spre deosebire de omologul lor. Dhsot nu este cu adevărat mai rapid decât Multishot până la DShot 1200 și 2400, care pot rula doar pe câteva ESC-uri în acest moment. Beneficiile reale ale Dshot sunt în primul rând capacitatea de comunicare bidirecțională, în special capacitatea de a trimite datele camerei înapoi la FC pentru a fi utilizate la reglarea filtrelor dinamice și capacitatea de a face lucruri precum modul broască țestoasă (inversați temporar ESC-urile pentru a întoarce quad-ul peste dacă este blocat cu capul în jos). Un ESC este alcătuit în principal din 6 mosfete, câte 2 pentru fiecare fază a motorului și un microcontroler. Mosfetul practic alternează între inversarea polarității la o anumită frecvență pentru a regla RPM-ul motorului. CES-urile au un rating curent, deoarece acesta este amperajul maxim pe care ESC îl poate susține pentru perioade lungi de timp.

Pasul 4: Eficiență

(Multi fire: Purple Motor Single Strand: Motor Orange)

Sârmă:

Sârmele cu mai multe fire pot împacheta mai mult volum de cupru într-o zonă dată în comparație cu un singur fir gros înfășurat în jurul statorului, astfel încât puterea câmpului magnetic este puțin mai puternică, dar puterea totală a motorului este limitată datorită firelor subțiri (Având în vedere că motorul cu mai multe fire este construit fără a avea niciun fel de încrucișare a firelor, ceea ce este foarte puțin probabil datorită calității de fabricație). Un fir mai gros poate transporta mai mult curent și poate susține o putere de ieșire mai mare în comparație cu un motor multi-toroane construit la fel. Este mai greu să construiești un motor multicatenar corect construit, prin urmare majoritatea motoarelor de calitate sunt construite cu un singur fir de sârmă (pentru fiecare fază). Micile avantaje ale cablajelor cu mai multe fire sunt ușor de atins de fabricarea și proiectarea mediocru, fără a menționa că există mult mai mult spațiu pentru accident, dacă vreunul dintre firele subțiri se supraîncălzește sau scurtcircuitează. Cablarea monocatenară nu are niciuna dintre aceste probleme, deoarece are o limită de curent mult mai mare și puncte minime de scurtcircuit. Deci, pentru fiabilitate, consistență și eficiență, înfășurările monocatenare sunt cele mai bune pentru motoarele fără perii quadcopter.

P. S. Unul dintre motivele pentru care firele multicatenare sunt mai grave pentru unele motoare specifice se datorează efectului pielii. Efectul pielii este tendința unui curent electric alternativ de a se distribui într-un conductor astfel încât densitatea curentului să fie cea mai mare în apropierea suprafeței conductorului și să scadă cu adâncimi mai mari în conductor. Adâncimea efectului pielii variază în funcție de frecvență. La frecvențe înalte, adâncimea pielii devine mult mai mică. (În scopuri industriale, firul litz este folosit pentru a contracara rezistența crescută de curent alternativ datorită efectului de piele și pentru a economisi bani) Acest efect de jupuire poate determina electronii să sară peste firele din fiecare grup de bobine, scurtcircuitându-le unul la altul. Acest efect se întâmplă de obicei atunci când motorul este umed sau utilizează frecvențe înalte de peste 60Hz. Efectul de jupuire poate provoca curenți turbionari care la rândul lor creează puncte fierbinți în înfășurare. Acesta este motivul pentru care utilizarea unui fir mai mic nu este ideală.

Temperatura:

Magneții permanenți de neodim utilizați pentru motoarele fără perii sunt destul de puternici, de obicei variază de la N48-N52 în termeni de rezistență magnetică (mai mare este mai puternic N52 este cel mai puternic din câte știu). Magneții de neodim de tip N își pierd o parte din magnetizare permanent la o temperatură de 80 ° C. Magneții cu magnetizare N52 au o temperatură maximă de lucru de 65 ° C. O răcire puternică nu dăunează magneților din neodim. Este recomandat să nu supraîncălziți niciodată motoarele, deoarece materialul izolant al smalțului de pe înfășurările din cupru are, de asemenea, o limită de temperatură și, dacă se topesc, poate provoca un scurtcircuit care arde motorul sau chiar mai rău, controlorul de zbor. O regulă bună este că, dacă nu puteți ține motorul pentru o perioadă foarte lungă de timp după un scurt zbor de 1 sau 2 minute, probabil că supraîncălziți motorul și că configurarea nu va fi viabilă pentru utilizare extinsă.

Pasul 5: Cuplu

La fel cum există o constantă de viteză a motorului, există o constantă de cuplu. Imaginea de mai sus vă arată relația dintre constanta de cuplu și constanta de viteză. Pentru a găsi cuplul, trebuie doar să multiplicați constantul de cuplu cu curentul. Interesantul cuplului în motoarele fără perii este că, din cauza pierderilor rezistive ale circuitelor dintre baterie și motor, relația dintre cuplul și KV a motorului nu este la fel de direct legată precum sugerează ecuația. Imaginea atașată arată relația reală între cuplu și KV la diferite RPM-uri. Datorită rezistenței adăugate a întregului circuit, schimbarea% a rezistenței nu este echivalentă cu schimbarea% în KV și, prin urmare, relația are o curbă ciudată. Deoarece modificările nu sunt proporționale, varianta KV inferioară a unui motor are întotdeauna un cuplu mai mare până la un anumit RPM ridicat, unde marja maximă a RPM a motorului KV ridicat preia puterea și produce un cuplu mai mare.

Pe baza ecuației, KV modifică doar curentul necesar pentru a produce cuplul, sau invers, cât de mult cuplu este produs de o anumită cantitate de curent. Capacitatea unui motor de a produce efectiv cuplu este un factor al lucrurilor precum puterea magnetului, spațiul de aer, secțiunea transversală a înfășurărilor. Pe măsură ce RPM crește, curentul crește dramatic, în principal datorită relației neliniare dintre energie și RPM.

Pasul 6: Caracteristici suplimentare

Clopotul motorului este partea motorului care va suferi cele mai multe daune într-o ambarcațiune, deci este imperativ ca acesta să fie realizat din cel mai bun material în acest scop. Majoritatea motoarelor chinezești ieftine sunt fabricate din aluminiu 6061 care se deformează cu ușurință într-un accident greu, așa că stați departe de asfalt în timp ce zburați. Partea mai premium a motoarelor utilizează aluminiu 7075, care oferă o durabilitate mult mai mare și o durată de viață mai lungă.

Tendința recentă a motoarelor quadcopter este de a avea un arbore gol din titan sau oțel, deoarece este mai ușor decât un arbore solid și are o rezistență structurală mare. În comparație cu un arbore solid, un arbore gol are o greutate mai mică, pentru o lungime și un diametru date. Mai mult, este o idee bună să mergeți mai departe cu arbori goi, dacă ne punem accentul pe reducerea greutății și reducerea costurilor. Arborii goi sunt mult mai buni pentru a suporta sarcini de torsiune în comparație cu arborii solizi. În plus, arborele din titan nu se va dezlipi la fel de ușor ca arborele din oțel sau aluminiu. Oțelul întărit poate fi de fapt mai bun din punct de vedere al rezistenței funcționale decât unele dintre aliajele de titan utilizate în mod obișnuit în acești arbori goi. Depinde într-adevăr de aliajele specifice discutate și de tehnica de întărire utilizată. Presupunând cel mai bun caz pentru ambele materiale, titanul va fi mai ușor, dar ușor mai fragil, iar oțelul întărit va fi mai dur, dar ușor I mai greu.

Pasul 7: Referințe / Resurse

Pentru testări extrem de detaliate și prezentare generală a motoarelor quadcopter specifice, consultați EngineerX pe YouTube. Postează statistici detaliate și testează pe banc motoarele cu diferite elice.

Pentru teorii interesante și alte informații suplimentare despre lumea cursei / freestyle-ului FPV, urmăriți KababFPV. El este unul dintre cei mai mari oameni pe care îi poate asculta pentru discuții educative și intuitive despre tehnologia quadcopter.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Bucurați-vă de această fotografie.

Va multumim pentru vizita.