Motors sense escombretes: 7 passos

2024 Autora: John Day | [email protected]. Última modificació: 2024-01-30 08:14

Aquest instructiu és una guia / visió general de la tecnologia del motor darrere dels motors quadcopter entusiastes moderns. Només per mostrar-vos de què són capaços els quadcòpters, mireu aquest vídeo increïble. (Mireu el volum. Es fa molt fort) Tot el mèrit recau en l'editor original del vídeo.

Pas 1: terminologia

La majoria dels motors sense escombretes se solen descriure mitjançant dos conjunts de nombres; com ara: Hyperlite 2207-1922KV. El primer conjunt de números fa referència a la mida de l’estator del motor en mil·límetres. Aquest estator motor específic fa 22 mm d’amplada i 7 mm d’alçada. Els vells DJI Phantoms utilitzaven 2212 motors. Les dimensions de l’estator solen seguir una tendència:

L'estator més alt permet un rendiment superior superior (rangs de RPM més alts)

L’estator més ampli permet un rendiment inferior més fort (rangs de RPM més baixos)

El segon conjunt de números és la qualificació KV del motor. La qualificació KV del motor és la constant de velocitat d’aquest motor específic, que bàsicament significa que el motor crearà una CEM posterior de 1V quan el motor giri a aquesta RPM o girarà a una RPM descarregada del KV quan s’apliqui 1V. Per exemple: aquest motor emparellat amb un lipo 4S tindrà una RPM nominal teòrica de 1922x14,8 = 28, 446 RPM

En realitat, el motor pot no assolir aquesta velocitat teòrica perquè hi ha pèrdues mecàniques no lineals i pèrdues de potència resistiva.

Pas 2: Fonaments

Un motor elèctric desenvolupa el parell alternant la polaritat dels electroimants giratoris units al rotor, la part giratòria de la màquina i els imants estacionaris a l’estator que envolta el rotor. Un o tots dos conjunts d’imants són electroimants, formats per una bobina de filferro que s’enrotlla al voltant d’un nucli ferromagnètic. L'electricitat que travessa el bobinatge del fil crea el camp magnètic, que proporciona la potència que fa funcionar el motor.

El número de configuració indica quants electroimants hi ha a l’estator i el nombre d’imants permanents que hi ha al rotor. El número anterior a la lletra N mostra el nombre d’electroimants que hi ha a l’estator. El número anterior a la P mostra quants imants permanents hi ha al rotor. La majoria dels motors sense escombretes que segueixen la configuració 12N14P.

Pas 3: controlador electrònic de velocitat

Un ESC és el dispositiu que converteix l’electricitat de CC de la bateria a CA. També pren dades d’entrada del controlador de vol per modular la velocitat i la potència del motor. Hi ha múltiples protocols per a aquesta comunicació. Els principals analògics són: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 i Multishot. Però aquests van quedar obsolets per als quadcòpters a mesura que van arribar nous protocols digitals anomenats Dshot. No té cap dels problemes de calibratge dels protocols analògics. Atès que s’envien bits digitals com a informació, el senyal no es veu interromput pels canvis de camps magnètics i de pics de tensió, en lloc del seu homòleg. Dhsot no és realment sensiblement més ràpid que Multishot fins a DShot 1200 i 2400, que només poden funcionar en uns pocs ESC en aquest moment. Els avantatges reals de Dshot són principalment la capacitat de comunicació bidireccional, en particular la possibilitat d'enviar dades de l'habitació al FC per utilitzar-les en sintonització dels filtres dinàmics i la possibilitat de fer coses com el mode tortuga (invertir temporalment els ESC per capgirar el quad si està enganxat de cap per avall). Un ESC es compon principalment de 6 mosquetes, 2 per a cada fase del motor i un microcontrolador. El mosfet bàsicament alterna la inversió de la polaritat a una freqüència determinada per regular la RPM del motor. Els ESC tenen una qualificació actual, ja que és l’amperatge màxim que l’ESC pot suportar durant llargs períodes de temps.

Pas 4: Eficiència

(Cadena múltiple: Motor porpra Cadena única: Motor taronja)

Filferro:

Els cables multi cadenats poden empaquetar més volum de coure en una àrea determinada en comparació amb un filferro gruixut al voltant de l’estator, de manera que la intensitat del camp magnètic és lleugerament més forta, però la potència general del motor és limitada a causa dels fils prims (tenint en compte que el motor de múltiples cadenes es construeix sense tenir cap creuament de cables, cosa que és molt poc probable a causa de la qualitat de fabricació). Un cable més gruixut pot transportar més corrent i mantenir una potència de sortida superior en comparació amb un motor multi cadena igualment construït. És més difícil construir un motor multicadena adequadament construït, per tant, la majoria dels motors de qualitat es fabriquen amb un sol fil de fil (per a cada fase). Els petits avantatges del cablejat de múltiples cadenes són fàcilment superats per la fabricació i el disseny mediocre, sense oblidar que hi ha molt més marge per a un contratemps si algun dels cables prims s’escalfa o es fa un curtcircuit. El cablejat d'una sola cadena no té cap d'aquests problemes, ja que té un límit de corrent molt més alt i punts mínims de curtcircuit. Per tant, per a fiabilitat, consistència i eficiència, els bobinatges monocatenaris són els millors per als motors sense escombretes quadcopter.

P. S. Una de les raons per les quals els cables de múltiples cadenes són pitjors per a alguns motors específics es deu a l’efecte de la pell. L’efecte pell és la tendència d’un corrent elèctric altern a distribuir-se dins d’un conductor de manera que la densitat de corrent sigui més gran a prop de la superfície del conductor i disminueixi amb majors profunditats al conductor. L'efecte de la profunditat de la pell varia amb la freqüència. A altes freqüències, la profunditat de la pell es fa molt menor. (A efectes industrials, el filferro litz s'utilitza per contrarestar l'augment de la resistència de corrent altern a causa de l'efecte de la pell i estalviar diners). Aquest efecte sol passar quan el motor està mullat o utilitza freqüències altes superiors a 60Hz. L'efecte pelat pot provocar corrents de Foucault que al seu torn creen punts calents dins del sinuós. Per això, l’ús de filferro més petit no és ideal.

Temperatura:

Els imants permanents de neodimi que s’utilitzen per als motors sense escombretes són força forts, normalment van des de N48-N52 en termes de força magnètica (més gran és més fort N52 és el més fort que jo sàpiga). Els imants de neodimi del tipus N perden part de la seva magnetització permanentment a una temperatura de 80 ° C. Els imants amb magnetització N52 tenen una temperatura màxima de treball de 65 ° C. Un refredament vigorós no perjudica els imants de neodimi. Es recomana que no escalfeu mai els motors, ja que el material aïllant de l’esmalt dels bobinatges de coure també té un límit de temperatura i, si es fonen, pot provocar un curtcircuit que crema el motor o, encara pitjor, el controlador de vol. Una bona regla general és que si no podeu aguantar el motor durant un període de temps molt llarg després d’un curt vol de 1 o 2 minuts, probablement estigueu sobreescalfant el motor i aquesta configuració no serà viable per a un ús prolongat.

Pas 5: torqueu

Igual que hi ha una constant de velocitat del motor, hi ha una constant de parell. La imatge superior mostra la relació entre la constant de parell i la constant de velocitat. Per trobar el parell, només heu de multiplicar la constant de parell per corrent. L’interessant del parell en motors sense escombretes és que, a causa de les pèrdues resistives dels circuits entre la bateria i el motor, la relació entre el parell i la KV del motor no està tan directament relacionada com suggereix l’equació. La imatge adjunta mostra la relació real entre parell i KV a diversos RPM. A causa de la resistència afegida de tot el circuit, el% de variació de la resistència no és equivalent al% de variació del KV i, per tant, la relació té una corba estranya. Atès que els canvis no són proporcionals, la variant de KV inferior d’un motor sempre té més parell fins a un cert RPM elevat, on el marge màxim del motor de KV alt pren força i produeix més parell.

Basant-se en l'equació, KV només canvia el corrent que es necessita per produir el parell o, inversament, la quantitat de parell produïda per certa quantitat de corrent. La capacitat d’un motor per produir parell realment és un factor de coses com la força de l’imant, el buit d’aire, la secció transversal dels bobinats. A mesura que augmenten els RPM, el corrent augmenta dràsticament principalment a causa de la relació no lineal entre energia i RPM.

Pas 6: funcions addicionals

La campana del motor és la part del motor que causarà més danys en una embarcació, de manera que és imprescindible que estigui fabricat amb el millor material per a tal efecte. La majoria dels motors xinesos barats estan fabricats en alumini 6061 que es deformen fàcilment en un accident fort, així que mantingueu-vos allunyats de l’asfalt mentre voleu. El costat més premium dels motors utilitza alumini 7075, que ofereix una major durabilitat i una vida útil més llarga.

La tendència recent en motors quadcopter és tenir un eix buit de titani o acer, ja que és més lleuger que un eix sòlid i té una gran resistència estructural. En comparació amb un eix sòlid, un eix buit té menys pes, per a una longitud i un diàmetre determinats. A més, és una bona idea seguir endavant amb eixos buits, si fem èmfasi en la reducció de pes i la reducció de costos. Els eixos buits són molt millors per agafar càrregues torsionals en comparació amb els eixos sòlids. A més, l'eix de titani no es despullarà tan fàcilment com l'eix d'acer o d'alumini. L’acer endurit pot ser realment millor en termes de resistència funcional que alguns dels aliatges de titani que s’utilitzen habitualment en aquests eixos buits. Realment depèn dels aliatges específics que es tractin i de la tècnica d’enduriment utilitzada. Suposant el millor cas per als dos materials, el titani serà més lleuger, però una mica més fràgil, i l’acer endurit serà més dur però lleugerament més pesat.

Pas 7: referències / recursos

Per obtenir proves extremadament detallades i una visió general de motors quadcopter específics, consulteu EngineerX a YouTube. Publica estadístiques detallades i prova de banc els motors amb diverses hèlixs.

Per obtenir teories interessants i altra informació addicional sobre el món de les carreres / freestyle de FPV, mireu KababFPV. És una de les millors persones a escoltar per a un debat educatiu i intuïtiu sobre tecnologia quadcopter.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Gaudeix d'aquesta foto.

Gràcies per visitar-la.