Børsteløse motorer: 7 trinn

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sist endret: 2024-01-30 11:24

Denne instruksjonsboken er en guide/oversikt over motorteknologien bak moderne entusiastiske quadcopter -motorer. Bare for å vise deg hva quadcopters er i stand til, se denne fantastiske videoen. (Se volumet. Det blir veldig høyt) All ære går til den opprinnelige utgiveren av videoen.

Trinn 1: Terminologi

De fleste børsteløse motorer er vanligvis beskrevet med to sett med tall; for eksempel: Hyperlite 2207-1922KV. Det første settet med tall refererer til motorens statorstørrelse i millimeter. Denne spesifikke motorstatoren er 22 mm bred og 7 mm høy. De gamle DJI Phantoms brukte 2212 motorer. Statordimensjonene følger vanligvis en trend:

Høyere stator gir høyere ytelse (høyere RPM -områder)

Bredere stator gir en sterkere ytelse i lavere ende (lavere turtall)

Det andre settet med tall er KV -karakteren for motoren. KV -klassifiseringen til motoren er hastighetskonstanten til den spesifikke motoren, noe som i utgangspunktet betyr at motoren vil opprette en bak -EMF på 1V når motoren er spunnet ved det turtallet eller vil snurre ved et ubelastet turtall for KV når 1V påføres. For eksempel: Denne motoren sammen med en 4S lipo vil ha en teoretisk nominell turtall på 1922x14,8 = 28, 446 o / min

Faktisk kan det hende at motoren ikke når denne teoretiske hastigheten fordi det er ikke-lineære mekaniske tap og resistive effekttap.

Trinn 2: Grunnleggende

En elektrisk motor utvikler dreiemoment ved å veksle polariteten til roterende elektromagneter festet til rotoren, den roterende delen av maskinen og stasjonære magneter på statoren som omgir rotoren. Ett eller begge sett med magneter er elektromagneter, laget av en trådspole viklet rundt en ferromagnetisk kjerne. Elektrisitet som går gjennom trådviklingen skaper magnetfeltet og gir kraften som driver motoren.

Konfigurasjonsnummeret forteller deg hvor mange elektromagneter det er på statoren, og antall permanente magneter på rotoren. Tallet før bokstaven N viser antall elektromagneter som er i statoren. Tallet før P viser hvor mange permanente magneter det er i rotoren. De fleste børsteløse motorer uten løper følger 12N14P-konfigurasjonen.

Trinn 3: Elektronisk hastighetsregulator

En ESC er enheten som konverterer likestrømmen fra batteriet til vekselstrøm. Det tar også inn datainndata fra flykontrolleren for å modulere motorens hastighet og kraft. Det er flere protokoller for denne kommunikasjonen. De primære analoge er: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 og Multishot. Men disse ble foreldet for quadcopters ettersom det kom nye digitale protokoller kalt Dshot. Den har ingen av kalibreringsproblemene til analoge protokoller. Siden det sendes digitale biter som informasjon, blir signalet ikke forstyrret av de skiftende magnetfeltene og spenningsspissene i motsetning til motparten. Dhsot er egentlig ikke merkbart raskere enn Multishot til DShot 1200 og 2400, som bare kan kjøres på noen få ESC -er på dette tidspunktet. De virkelige fordelene med Dshot er først og fremst toveiskommunikasjonskapasiteten, spesielt muligheten til å sende romdata tilbake til FC for bruk ved justering av de dynamiske filtrene og muligheten til å gjøre ting som skilpaddsmodus (midlertidig reversere ESC-er for å snu firhjulingen) over hvis den sitter fast opp ned). En ESC er hovedsakelig laget av 6 mosfets, 2 for hver fase av motoren og en mikrokontroller. Mosfeten veksler i utgangspunktet mellom å reversere polariteten ved en viss frekvens for å regulere turtallet til motoren. ESC -ene har en nåværende vurdering, da det er den maksimale strømstyrken som ESC kan opprettholde i lange perioder.

Trinn 4: Effektivitet

(Multi -strand: Purple Motor Single Strand: Orange Motor)

Metalltråd:

Flerstrengede ledninger kan pakke mer volum kobber i et gitt område sammenlignet med en enkelt tykk tråd viklet rundt statoren, slik at magnetfeltstyrken er litt sterkere, men motorens totale kraftuttak er begrenset på grunn av de tynne ledningene (Gitt at flerstrenget motor er konstruert uten å ha noen kryssing av ledningene, noe som er høyst usannsynlig på grunn av produksjonskvalitet). En tykkere ledning kan bære mer strøm og opprettholde en høyere effekt sammenlignet med en like konstruert flertrådsmotor. Det er vanskeligere å bygge en riktig konstruert flerstrenget motor, derfor er de fleste kvalitetsmotorer bygget med en enkelt tråd (for hver fase). De små fordelene med flerstrengede ledninger blir lett trumfet av produksjonen og middelmådig utforming, for ikke å nevne at det er mye mer rom for uhell hvis noen av de tynne ledningene overopphetes eller kortslutter. Enkeltstrengede ledninger har ikke noen av disse problemene, da det har en mye høyere strømgrense og minimale kortslutningspunkter. Så for pålitelighet, konsistens og effektivitet er enkeltstrengede viklinger det beste for quadcopter børsteløse motorer.

P. S. En av grunnene til at flerstrengede ledninger er verre for noen spesifikke motorer skyldes hudeffekt. Hudeffekt er tendensen til en vekselstrøm til å bli fordelt i en leder slik at strømtettheten er størst nær lederens overflate, og avtar med større dybder i lederen. Dybden på hudeffekten varierer med frekvensen. Ved høye frekvenser blir huddybden mye mindre. (For industrielle formål brukes litzwire for å motvirke den økte AC -motstanden på grunn av hudeffekten og spare penger) Denne flåningseffekten kan få elektroner til å hoppe over ledningene i hver spolegruppe og effektivt kortere dem til hverandre. Denne effekten skjer vanligvis når motoren er våt eller bruker høye frekvenser på mer enn 60Hz. Skinneffekten kan forårsake virvelstrømmer som igjen skaper hot spots i viklingen. Dette er grunnen til at bruk av mindre ledninger ikke er ideelt.

Temperatur:

De permanente neodymmagneter som brukes til børsteløse motorer er ganske sterke, de spenner vanligvis fra N48-N52 når det gjelder magnetisk styrke (høyere er sterkere N52 er den sterkeste etter min kunnskap). Neodymmagneter av type N mister deler av magnetiseringen permanent ved en temperatur på 80 ° C. Magneter med N52 -magnetisering har en maksimal arbeidstemperatur på 65 ° C. En kraftig nedkjøling skader ikke neodymmagneter. Det anbefales at du aldri overoppheter motorene, da emaljisoleringsmaterialet på kobberviklingene også har en temperaturgrense, og hvis de smelter, kan det føre til kortslutning som brenner ut motoren eller enda verre, flykontrolleren. En god tommelfingerregel er at hvis du ikke kan holde på motoren på veldig lang tid etter en kort 1 eller 2 minutters flytur, er du sannsynligvis overopphetet motoren og at oppsettet ikke vil være levedyktig for lengre bruk.

Trinn 5: Dreiemoment

Akkurat som det er motorhastighetskonstant, er det en dreiemomentskonstant. Bildet ovenfor viser forholdet mellom dreiemomentkonstanten og hastighetskonstanten. For å finne dreiemoment multipliserer du bare dreiemomentkonstanten med strøm. Det interessante med dreiemoment i børsteløse motorer er at på grunn av de resistive tapene i kretsen mellom batteriet og motoren, er forholdet mellom dreiemomentet og KV til motoren ikke så direkte relatert som ligningen antyder. Det vedlagte bildet viser det faktiske forholdet mellom dreiemoment og KV ved forskjellige turtall. På grunn av den ekstra motstanden i hele kretsen, er % endringen i motstanden ikke ekvivalent med % endringen i KV, og derfor har forholdet en merkelig kurve. Siden endringene ikke er proporsjonale, har den nedre KV -varianten av en motor alltid mer dreiemoment inntil et visst høyt turtall hvor turtallshøyden til den høye KV -motoren tar over i styrke og gir mer dreiemoment.

Basert på ligningen endrer KV bare strømmen det tar for å produsere dreiemomentet, eller omvendt, hvor mye dreiemoment som produseres av en viss mengde strøm. En motors evne til faktisk å produsere dreiemoment er en faktor som ting som magnetstyrke, luftgap, tverrsnittsareal av viklingene. Når turtallet øker, stiger strømmen dramatisk hovedsakelig på grunn av det ikke-lineære forholdet mellom energi og turtall.

Trinn 6: Ytterligere funksjoner

Motorklokken er den delen av motoren som vil ta mest mulig skade i et fartøy, så det er viktig at den er laget av det beste materialet til formålet. De fleste billige kinesiske motorer er laget av 6061 aluminium som lett deformeres i et hardt krasj, så hold deg unna asfalt mens du flyr. Den mer premium siden av motorene bruker 7075 aluminium som gir mye større holdbarhet og lengre levetid.

Den siste trenden innen quadcopter -motorer er å ha en hul titan eller stålaksel, ettersom den er lettere enn en solid aksel og har stor strukturell styrke. Sammenlignet med en solid aksel er en hulaksel mindre vekt, for en gitt lengde og diameter. Dessuten er det en god idé å gå videre med hule aksler, hvis vi legger vekt på vektreduksjon og kostnadsreduksjon. Hulaksler er mye bedre for å ta vridningsbelastninger sammenlignet med solide aksler. I tillegg vil ikke titanakselen stripe like lett som stål- eller aluminiumsakselen. Herdet stål kan faktisk være bedre når det gjelder funksjonell styrke enn noen av titanlegeringene som vanligvis brukes i disse hule akslene. Det avhenger virkelig av de spesifikke legeringene som diskuteres og herdingsteknikken som brukes. Forutsatt beste tilfelle for begge materialene, vil titan være lettere, men litt mer sprø, og herdet stål vil være tøffere, men litt tyngre.

Trinn 7: Referanser/ ressurser

For ekstremt detaljert testing og oversikt over spesifikke quadcopter -motorer, sjekk EngineerX på YouTube. Han legger ut detaljert statistikk og benketester motorene med forskjellige propeller.

For interessante teorier og annen ekstra informasjon om FPV racing/freestyle verden, se KababFPV. Han er en av de største menneskene å lytte til for pedagogisk og intuitiv diskusjon om quadcopter -teknologi.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Nyt dette bildet.

Takk for besøket.