Harjaton moottori: 7 vaihetta

2024 Kirjoittaja: John Day | [email protected]. Viimeksi muokattu: 2024-01-30 09:02

Tämä ohje on opas/yleiskatsaus nykyaikaisten innokkaiden nelikopterimoottoreiden takana olevaan moottoritekniikkaan. Katsoaksesi tämän hämmästyttävän videon vain näyttääksesi, mihin nelikopterit kykenevät. (Katso äänenvoimakkuutta. Se saa erittäin kovaa) Kaikki kunnia kuuluu videon alkuperäiselle julkaisijalle.

Vaihe 1: Terminologia

Useimmat harjattomat moottorit kuvataan yleensä kahdella numerosarjalla; kuten: Hyperlite 2207-1922KV. Ensimmäinen numerosarja viittaa moottorin staattorin kokoon millimetreinä. Tämä moottoristaattori on 22 mm leveä ja 7 mm korkea. Vanhat DJI Phantoms käyttivät 2212 moottoria. Staattorin mitat noudattavat yleensä suuntausta:

Korkeampi staattori mahdollistaa paremman huippuluokan suorituskyvyn (korkeammat kierroslukualueet)

Leveämpi staattori mahdollistaa aiempaa paremman suorituskyvyn (pienemmät kierroslukualueet)

Toinen numerojoukko on moottorin KV -luokitus. Moottorin KV -luokitus on kyseisen moottorin nopeusvakio, mikä tarkoittaa pohjimmiltaan sitä, että moottori luo 1 V: n taka -EMF: n, kun moottoria pyöritetään kyseisellä kierrosluvulla, tai se pyörii KV: n kuormittamattomalla kierrosluvulla, kun 1 V käytetään. Esimerkki: Tämän 4S -lipon kanssa yhdistetyn moottorin teoreettinen nimellinen kierrosluku on 1922x14,8 = 28, 446 RPM

Itse asiassa moottori ei ehkä saavuta tätä teoreettista nopeutta, koska siinä on epälineaarisia mekaanisia häviöitä ja resistiivisiä tehohäviöitä.

Vaihe 2: Perusteet

Sähkömoottori kehittää vääntömomenttia vaihtamalla roottoriin kiinnitettyjen pyörivien sähkömagneettien, koneen pyörivän osan ja roottoria ympäröivän staattorin magneettien napaisuutta. Yksi tai molemmat magneetit ovat sähkömagneetteja, jotka on valmistettu ferromagneettisen ytimen ympärille kierretystä lankakelasta. Langan käämityksen läpi kulkeva sähkö luo magneettikentän, joka tuottaa moottorin tehon.

Kokoonpanonumero kertoo staattorissa olevien sähkömagneettien määrän ja roottorissa olevien kestomagneettien määrän. N -kirjainta edeltävä numero osoittaa staattorissa olevien sähkömagneettien määrän. Luku ennen P osoittaa kuinka monta kestomagneettia roottorissa on. Useimmat harjattomat moottorit noudattavat 12N14P-kokoonpanoa.

Vaihe 3: Elektroninen nopeudensäädin

ESC on laite, joka muuntaa tasavirran sähköstä akusta verkkovirtaan. Se myös syöttää lennonohjaimesta syötettyjä tietoja moottorin nopeuden ja tehon säätämiseksi. Tätä viestintää varten on useita protokollia. Ensisijaiset analogiset ovat: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 ja Multishot. Mutta ne vanhenivat quadcoptereille, kun uusia digitaalisia protokollia saapui nimeltä Dshot. Siinä ei ole mitään analogisten protokollien kalibrointiongelmia. Koska digitaalisia bittejä lähetetään informaationa, muuttuvat magneettikentät ja jännitepiikit eivät häiritse signaalia vastakohtanaan. Dhsot ei todellakaan ole huomattavasti nopeampi kuin Multishot, ennen kuin DShot 1200 ja 2400, jotka voivat tällä hetkellä toimia vain muutamilla ESC -laitteilla. Dshotin todellisia etuja ovat pääasiassa kaksisuuntainen tiedonsiirtokapasiteetti, erityisesti kyky lähettää huonetietoja takaisin FC: lle käytettäväksi dynaamisten suodattimien virittämisessä ja kyky tehdä esimerkiksi kilpikonnatilaa (kääntää ESC: t tilapäisesti taaksepäin yli, jos se on jumissa ylösalaisin). ESC koostuu pääasiassa 6 mosfetista, 2 moottorin jokaisesta vaiheesta ja mikrokontrolleri. Mosfet vuorottelee periaatteessa napaisuuden kääntämisen välillä tietyllä taajuudella moottorin kierrosluvun säätämiseksi. Talous- ja sosiaalineuvostoilla on nykyinen luokitus, koska se on suurin virrankulutus, jonka TSK voi kestää pitkiä aikoja.

Vaihe 4: Tehokkuus

(Monisäikeinen: violetti moottori Yksisäikeinen: oranssi moottori)

Johto:

Monisäikeiset johdot voivat pakata enemmän kuparia tietyllä alueella verrattuna yksittäiseen paksuun lankaan, joka on kierretty staattorin ympärille, joten magneettikentän voimakkuus on hieman vahvempi, mutta moottorin kokonaisvirta on rajoitettu ohuiden johtimien vuoksi (koska monisäikeinen moottori on rakennettu ilman johtojen risteystä, mikä on erittäin epätodennäköistä valmistuslaadun vuoksi). Paksumpi lanka voi kuljettaa enemmän virtaa ja ylläpitää suurempaa tehoa kuin yhtä rakennettu monisäikeinen moottori. Oikein rakennetun monisäikeisen moottorin rakentaminen on vaikeampaa, joten useimmat laadukkaat moottorit on rakennettu yhdestä langasta (kullekin vaiheelle). Valmistus ja keskinkertainen suunnittelu paljastavat helposti monisäikeisen johdotuksen pienet edut, puhumattakaan siitä, että on paljon enemmän tilaa onnettomuuksille, jos jokin ohuista johtimista ylikuumenee tai oikosulkee. Yksisäikeisellä johdotuksella ei ole mitään näistä ongelmista, koska sillä on paljon suurempi virtaraja ja minimaalinen oikosulku. Luotettavuuden, johdonmukaisuuden ja tehokkuuden vuoksi yksisäikeiset käämit ovat parhaita harjattomille nelikopterimoottoreille.

P. S. Yksi syy siihen, että monisäikeiset johdot ovat huonompia joillekin tietyille moottoreille, johtuu ihon vaikutuksesta. Ihon vaikutus on vaihtuvan sähkövirran taipumus jakautua johtimeen siten, että virrantiheys on suurin johtimen pinnan lähellä ja pienenee johtimen syvyyksillä. Ihon vaikutuksen syvyys vaihtelee taajuuden mukaan. Korkeilla taajuuksilla ihon syvyys pienenee paljon. (Teollisiin tarkoituksiin litz -lankaa käytetään vastustamaan ihon vaikutuksesta johtuvaa lisääntynyttä AC -vastusta ja säästämään rahaa.) Tämä nylkemisvaikutus voi saada elektronit hyppäämään kunkin kelaryhmän johtimien yli ja oikosuluttamaan ne tehokkaasti toisiinsa. Tämä vaikutus ilmenee yleensä, kun moottori on märkä tai käyttää yli 60 Hz: n korkeita taajuuksia. Naarmuuntuminen voi aiheuttaa pyörrevirtauksia, jotka puolestaan muodostavat kuumia pisteitä käämitykseen. Tästä syystä pienempien lankojen käyttö ei ole ihanteellista.

Lämpötila:

Harjattomissa moottoreissa käytetyt pysyvät neodyymimagneetit ovat melko vahvoja, ne vaihtelevat yleensä magneettisen lujuuden osalta N48-N52: sta (korkeampi on vahvempi N52 on vahvin tietääkseni). Tyypin N neodyymimagneetit menettävät osan magnetoinnistaan pysyvästi 80 ° C: n lämpötilassa. N52 -magnetoinnin omaavien magneettien maksimilämpötila on 65 ° C. Voimakas jäähdytys ei vahingoita neodyymimagneetteja. On suositeltavaa, ettet koskaan ylikuumenna moottoreita, koska kuparikäämien emalieristysmateriaalilla on myös lämpötilaraja, ja jos ne sulavat, se voi aiheuttaa moottorin oikosulun tai vielä pahemman, lennonohjaimen. Hyvä nyrkkisääntö on, että jos et pysty pitämään kiinni moottorista kovin pitkään lyhyen 1 tai 2 minuutin lennon jälkeen, olet todennäköisesti ylikuumentanut moottorin ja tämä asetus ei ole käyttökelpoinen pitkäaikaisessa käytössä.

Vaihe 5: Kiristä

Aivan kuten moottorin nopeusvakio, on myös vääntömomenttivakio. Yllä oleva kuva näyttää momentin vakion ja nopeusvakion välisen suhteen. Vääntömomentin löytämiseksi sinun on vain kerrottava momenttivakio nykyisellä. Harjattomien moottoreiden vääntömomentin mielenkiintoinen asia on, että akun ja moottorin välisen piirin vastushäviöiden vuoksi moottorin vääntömomentin ja KV: n välinen suhde ei ole niin suoraan yhteydessä kuin yhtälö ehdottaa. Oheisessa kuvassa näkyy todellinen suhde vääntömomentin ja KV: n välillä eri kierrosluvuilla. Koko piirin lisävastuksen vuoksi vastuksen prosentuaalinen muutos ei vastaa KV: n prosentuaalista muutosta ja siksi suhteella on outo käyrä. Koska muutokset eivät ole verrannollisia, moottorin alemman KV -muunnelman vääntömomentti on aina suurempi tiettyyn korkeaan kierroslukuun asti, jolloin korkean KV -moottorin kierrosnopeus nostaa voimaa ja tuottaa enemmän vääntöä.

Yhtälön perusteella KV muuttaa vain vääntömomentin tuottamiseen tarvittavaa virtaa, tai päinvastoin, kuinka paljon vääntöä tuottaa tietty määrä virtaa. Moottorin kyky tuottaa todellista vääntömomenttia on tekijä, kuten magneetin lujuus, ilmarako, käämien poikkileikkausalue. Kierroslukujen kasvaessa virta nousee dramaattisesti pääasiassa energian ja kierroslukujen välisen epälineaarisen suhteen vuoksi.

Vaihe 6: Lisäominaisuudet

Moottorikello on moottorin osa, joka vahingoittaa eniten veneessä, joten on välttämätöntä, että se on valmistettu tarkoitukseen parhaasta materiaalista. Useimmat halvat kiinalaiset moottorit on valmistettu 6061 alumiinista, joka muodostuu helposti kovassa törmäyksessä, joten pysy kaukana asfaltista lentäessäsi. Moottorien premium -puolella käytetään 7075 -alumiinia, joka tarjoaa paljon paremman kestävyyden ja pidemmän käyttöiän.

Viimeaikainen suuntaus nelikopterimoottoreissa on ontto titaani- tai teräsakseli, koska se on kevyempi kuin kiinteä akseli ja sillä on suuri rakenteellinen lujuus. Verrattuna kiinteään akseliin ontto akseli on kevyempi tietyllä pituudella ja halkaisijalla. Lisäksi on hyvä idea jatkaa onttoja akseleita, jos painotamme painon vähentämistä ja kustannusten leikkaamista. Onttoakselit kestävät vääntökuormia paljon paremmin kuin kiinteät akselit. Lisäksi titaaniakseli ei irrota yhtä helposti kuin teräs- tai alumiiniakseli. Karkaistu teräs voi itse asiassa olla toiminnallisen lujuutensa kannalta parempi kuin jotkut näissä onttoakselissa yleisesti käytetyt titaaniseokset. Se todella riippuu käsiteltävistä seoksista ja käytetystä karkaisutekniikasta. Jos oletetaan paras tapa molemmille materiaaleille, titaani on kevyempää, mutta hieman hauraampaa, ja karkaistu teräs on kovempaa, mutta hieman raskaampaa.

Vaihe 7: Viitteet/ Resurssit

Katso erittäin yksityiskohtaiset testit ja yleiskatsaus tietyistä nelikopterimoottoreista katsomalla EngineerX YouTubessa. Hän lähettää yksityiskohtaisia tilastoja ja penkkitestejä moottoreille eri potkureilla.

Katso mielenkiintoisia teorioita ja muuta lisätietoa FPV -kilpa-/freestyle -maailmasta katsomalla KababFPV. Hän on yksi suurimmista ihmisistä, joita on kuunneltava opettavaisessa ja intuitiivisessa keskustelussa nelikopteritekniikasta.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Nauti tästä valokuvasta.

Kiitos vierailusta.