Børsteløse motorer: 7 trin

2024 Forfatter: John Day | [email protected]. Sidst ændret: 2024-01-30 08:28

Denne instruerbare er en guide/oversigt over motorteknologien bag moderne entusiastiske quadcoptermotorer. Bare for at vise dig hvad quadcopters er i stand til, kan du se denne fantastiske video. (Se mængden. Det bliver meget højt) Al kredit går til den oprindelige udgiver af videoen.

Trin 1: Terminologi

De fleste børsteløse motorer beskrives normalt med to sæt tal; såsom: Hyperlite 2207-1922KV. Det første sæt tal refererer til motorens statorstørrelse i millimeter. Denne specifikke motorstator er 22 mm bred og 7 mm høj. De gamle DJI Phantoms brugte 2212 motorer. Statordimensionerne følger normalt en tendens:

Højere stator giver mulighed for en højere ydeevne (højere omdrejninger pr. Minut)

Bredere stator giver mulighed for en stærkere ydelse i lavere ende (lavere omdrejninger pr. Minut)

Det andet sæt tal er KV -klassificeringen for motoren. KV -klassificeringen af motoren er hastighedskonstanten for den specifikke motor, hvilket dybest set betyder, at motoren vil oprette en EMF på 1V tilbage, når motoren centrifugeres ved dette omdrejningstal eller vil dreje ved et ubelastet omdrejningstal for KV, når 1V påføres. For eksempel: Denne motor parret med en 4S lipo vil have en teoretisk nominel omdrejningstal på 1922x14,8 = 28, 446 o / min

Faktisk kan motoren muligvis ikke nå denne teoretiske hastighed, fordi der er ikke-lineære mekaniske tab og resistive effekttab.

Trin 2: Grundlæggende

En elektrisk motor udvikler drejningsmoment ved at skifte polariteten af roterende elektromagneter, der er knyttet til rotoren, den roterende del af maskinen og stationære magneter på statoren, der omgiver rotoren. Et eller begge sæt magneter er elektromagneter, lavet af en trådspole, der er viklet omkring en ferromagnetisk kerne. Elektricitet, der løber gennem trådviklingen, skaber magnetfeltet og giver den kraft, der driver motoren.

Konfigurationsnummeret fortæller dig, hvor mange elektromagneter der er på statoren, og antallet af permanente magneter, der er på rotoren. Tallet før bogstavet N viser antallet af elektromagneter, der er i statoren. Tallet før P viser, hvor mange permanente magneter der er i rotoren. De fleste out-runner børsteløse motorer følger 12N14P-konfigurationen.

Trin 3: Elektronisk hastighedsregulator

En ESC er enheden, der konverterer jævnstrømmen fra batteriet til vekselstrøm. Det tager også data input fra flyvekontrolleren for at modulere motorens hastighed og effekt. Der er flere protokoller til denne kommunikation. De primære analoge er: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 og Multishot. Men disse blev forældede for quadcopters, da der kom nye digitale protokoller kaldet Dshot. Det har ikke nogen af kalibreringsproblemerne ved analoge protokoller. Da der sendes digitale bits som information, forstyrres signalet ikke af de skiftende magnetfelter og spændingsspidser i modsætning til deres modstykke. Dhsot er egentlig ikke mærkbart hurtigere end Multishot indtil DShot 1200 og 2400, som kun kan køre på få ESC'er på dette tidspunkt. De reelle fordele ved Dshot er først og fremmest tovejskommunikationskapaciteten, især muligheden for at sende rumdata tilbage til FC'en til brug for tuning af de dynamiske filtre og evnen til at gøre ting som skildpaddetilstand (midlertidigt vende ESC'erne for at vende quad'en over, hvis den sidder fast på hovedet). En ESC består primært af 6 mosfets, 2 for hver fase af motoren og en mikrokontroller. Mosfeten veksler dybest set mellem at vende polariteten ved en bestemt frekvens for at regulere motorens omdrejningstal. ESC'erne har en nuværende rating, da det er den maksimale strømstyrke, som ESC kan opretholde i lange perioder.

Trin 4: Effektivitet

(Multi streng: lilla motor enkelt streng: orange motor)

Tråd:

Multistrengede tråde kan pakke mere kobbervolumen i et givet område sammenlignet med en enkelt tyk tråd viklet rundt om statoren, så magnetfeltstyrken er lidt stærkere, men motorens samlede effektudtag er begrænset på grund af de tynde ledninger (I betragtning af at flerstrenget motor er konstrueret uden at have nogen crossover af ledningerne, hvilket er meget usandsynligt på grund af fremstillingskvalitet). En tykkere ledning kan bære mere strøm og opretholde en højere effekt sammenlignet med en lige så konstrueret multi -strengsmotor. Det er sværere at bygge en korrekt konstrueret flerstrenget motor, derfor er de fleste kvalitetsmotorer bygget med en enkelt trådstreng (for hver fase). De små fordele ved flerstrengede ledninger trumfes let ved fremstilling og middelmådig design, for ikke at nævne, at der er meget mere plads til uheld, hvis nogen af de tynde ledninger overophedes eller kortslutter. Enkeltstrengede ledninger har ingen af disse problemer, da det har en meget højere strømgrænse og minimale kortslutningspunkter. Så for pålidelighed, konsistens og effektivitet er enkeltstrengede viklinger de bedste til quadcopter børsteløse motorer.

P. S. En af grundene til, at flerstrengede ledninger er værre for nogle specifikke motorer, skyldes hudeffekt. Hudeffekt er tendensen til en vekselstrøm til at blive fordelt i en leder, således at strømtætheden er størst nær lederens overflade og falder med større dybder i lederen. Dybden af hudeffekten varierer med hyppigheden. Ved høje frekvenser bliver huddybden meget mindre. (Til industrielle formål bruges litzwire til at modvirke den øgede vekselstrømsmodstand på grund af hudeffekten og spare penge) Denne flåningseffekt kan få elektroner til at springe hen over ledningerne i hver spolegruppe og effektivt afslutte dem til hinanden. Denne effekt sker normalt, når motoren er våd eller bruger høje frekvenser på mere end 60Hz. Flåningseffekten kan forårsage hvirvelstrømme, der igen skaber hot spots i viklingen. Det er derfor, at brug af mindre ledninger ikke er ideelt.

Temperatur:

De permanente neodymmagneter, der bruges til børsteløse motorer, er ganske stærke, de spænder normalt fra N48-N52 med hensyn til magnetisk styrke (højere er stærkere N52 er den stærkeste efter min viden). Neodymmagneter af type N mister en del af deres magnetisering permanent ved en temperatur på 80 ° C. Magneter med N52 -magnetiseringen har en maksimal arbejdstemperatur på 65 ° C. En kraftig nedkøling skader ikke neodymmagneter. Det anbefales, at du aldrig overopheder motorerne, da emaljeisoleringsmaterialet på kobberviklingerne også har en temperaturgrænse, og hvis de smelter, kan det forårsage en kortslutning, der brænder motoren ud eller endnu værre, din flyvekontroller. En god tommelfingerregel er, at hvis du ikke kan holde på motoren i meget lang tid efter en kort 1 eller 2 minutters flyvning, overopheder du sandsynligvis motoren, og den opsætning vil ikke være levedygtig til længere brug.

Trin 5: Moment

Ligesom der er en motorhastighedskonstant, er der en momentkonstant. Billedet ovenfor viser forholdet mellem momentkonstanten og hastighedskonstanten. For at finde drejningsmoment multiplicerer du bare momentkonstanten med strøm. Det interessante ved drejningsmoment i børsteløse motorer er, at på grund af de resistive tab i kredsløbet mellem batteriet og motoren er forholdet mellem motorens moment og KV ikke så direkte relateret som ligningen antyder. Det vedhæftede billede viser det faktiske forhold mellem drejningsmoment og KV ved forskellige omdrejninger. På grund af den ekstra modstand i hele kredsløbet svarer % ændringen i modstanden ikke til % ændringen i KV, og derfor har forholdet en underlig kurve. Da ændringerne ikke er proportionelle, har den lavere KV -variant af en motor altid mere drejningsmoment indtil et bestemt højt omdrejningstal, hvor omdrejningstallet for den høje KV -motor overtager styrken og producerer mere drejningsmoment.

Baseret på ligningen ændrer KV kun den strøm, det tager at producere drejningsmomentet, eller omvendt, hvor meget drejningsmoment der produceres af en vis mængde strøm. En motors evne til rent faktisk at producere drejningsmoment er en faktor som ting som magnetstyrke, luftspalte, tværsnitsareal af viklingerne. Når RPM'erne stiger, stiger strømmen dramatisk primært på grund af det ikke-lineære forhold mellem energi og RPM'er.

Trin 6: Yderligere funktioner

Motorklokken er den del af motoren, der vil tage størst mulig skade i et fartøj, så det er bydende nødvendigt, at den er lavet af det bedste materiale til formålet. De fleste billige kinesiske motorer er lavet af 6061 aluminium, der let deformeres ved et hårdt styrt, så hold dig væk fra asfalt, mens du flyver. Den mere premium side af motorerne bruger 7075 aluminium, der giver meget større holdbarhed og længere levetid.

Den seneste trend i quadcopter -motorer er at have en hul titanium- eller stålaksel, da den er lettere end en solid aksel og har stor strukturel styrke. I sammenligning med en massiv aksel er en hulaksel af mindre vægt i en given længde og diameter. Desuden er det en god idé at gå videre med hule aksler, hvis vi lægger vægt på vægttab og besparelser. Hulaksler er meget bedre til at tage torsionsbelastninger sammenlignet med massive aksler. Derudover vil titaniumakslen ikke fjerne så let som stål- eller aluminiumskaftet. Hærdet stål kan faktisk være bedre med hensyn til funktionel styrke end nogle af de titaniumlegeringer, der normalt bruges i disse hule aksler. Det afhænger virkelig af de specifikke legeringer, der diskuteres, og den anvendte hærdningsteknik. Forudsat at det bedste tilfælde for begge materialer, vil titanium være lettere, men lidt mere sprødt, og hærdet stål vil være hårdere, men let jeg tungere.

Trin 7: Referencer/ ressourcer

For ekstremt detaljeret test og oversigt over specifikke quadcopter -motorer, tjek EngineerX på YouTube. Han sender detaljerede statistikker og tester motorerne med forskellige propeller.

For interessante teorier og andre ekstra oplysninger om FPV racing/freestyle verden, se KababFPV. Han er en af de største mennesker at lytte til for uddannelsesmæssig og intuitiv diskussion om quadcopter -teknologi.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Nyd dette foto.

Tak fordi du besøgte.