מנועים ללא מברשת: 7 שלבים

2024 מְחַבֵּר: John Day | [email protected]. שונה לאחרונה: 2024-01-30 09:16

מדריך זה הוא מדריך/סקירה כללית של הטכנולוגיה המוטורית העומדת מאחורי מנועי ארבע -מנועים חובבים מודרניים. רק כדי להראות לך למה מסוגלים מרובעי ראשים, צפה בסרטון המדהים הזה. (צפו בכרך. הוא נהיה חזק מאוד) כל הקרדיט מגיע למפרסם המקורי של הסרטון.

שלב 1: טרמינולוגיה

רוב המנועים ללא מברשת מתוארים בדרך כלל על ידי שתי קבוצות מספרים; כגון: Hyperlite 2207-1922KV. קבוצת המספרים הראשונה מתייחסת לגודל הסטאטור של המנוע במילימטרים. סטאטור המנוע הספציפי הזה הוא ברוחב 22 מ"מ וגובהו 7 מ"מ. הפנטומים הישנים של DJI השתמשו ב- 2212 מנועים. מידות הסטטור בדרך כלל עוקבות אחר מגמה:

סטאטור גבוה יותר מאפשר ביצועים גבוהים יותר (טווחי סל ד גבוהים יותר)

סטאטור רחב יותר מאפשר ביצועי סוף נמוך יותר (טווחי סל ד נמוכים יותר)

קבוצת המספרים השנייה היא דירוג ה- KV של המנוע. דירוג KV של המנוע הוא קבוע המהירות של אותו מנוע ספציפי, כלומר בעצם המנוע ייצור EMF אחורי של 1V כאשר המנוע מסתובב באותו סל"ד או יסתובב בסל"ד נטען של KV כאשר 1V מופעל. לדוגמה: מנוע זה בשילוב ליפו 4S יהיה בעל סל"ד נומינלי תאורטי של 1922x14.8 = 28, 446 סל"ד

למעשה, ייתכן שהמנוע לא יגיע למהירות התיאורטית הזו מכיוון שיש הפסדים מכניים לא ליניאריים והפסדי כוח התנגדות.

שלב 2: יסודות

מנוע חשמלי מפתח מומנט על ידי החלפת הקוטביות של האלקטרומגנטים המסתובבים המחוברים לרוטור, החלק המסתובב של המכונה ומגנטים נייחים על הסטאטור המקיף את הרוטור. סדרת מגנטים אחת או שתיהן הינן אלקטרומגנטים, העשויים מסליל חוט הפצוע סביב ליבה פרומגנטית. חשמל שעובר בפיתול החוט יוצר את השדה המגנטי, ומספק את הכוח המניע את המנוע.

מספר התצורה מספר לך כמה אלקטרומגנטים יש בסטאטור, ומספר המגנטים הקבועים שיש על הרוטור. המספר לפני האות N מראה את מספר האלקטרומגנטים שיש בסטאטור. המספר שלפני ה- P מראה כמה מגנטים קבועים יש ברוטור. רוב המנועים חסרי המברשת החוזרים על הרף עוקבים אחר תצורת 12N14P.

שלב 3: בקר מהירות אלקטרוני

ESC הוא המכשיר הממיר את חשמל DC מהסוללה ל- AC. זה גם לוקח קלט נתונים מבקר הטיסה כדי לווסת את המהירות והעוצמה של המנוע. ישנם מספר פרוטוקולים לתקשורת זו. האנלוגים העיקריים הם: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 ו- Multishot. אבל אלה התיישנו עבור quadcopters כאשר הגיעו פרוטוקולים דיגיטליים חדשים בשם Dshot. אין לו אף אחת מבעיות הכיול של פרוטוקולים אנלוגיים. מכיוון שיש סיביות דיגיטליות הנשלחות כמידע, האות אינו מופרע על ידי השדות המגנטיים והקוצים המתחיים המשתנים בניגוד למקבילו. Dhsot לא ממש מהיר בהרבה ממולשיט עד DShot 1200 ו- 2400, שיכול לפעול רק בכמה ESCs בשלב זה. היתרונות האמיתיים של Dshot הם בעיקר יכולת התקשורת הדו כיוונית, במיוחד היכולת לשלוח נתוני חדרים בחזרה ל- FC לשימוש בכוונון המסננים הדינמיים והיכולת לעשות דברים כמו מצב צב (הפוך זמנית את ה- ESCs כדי להפוך את המרובע מעל אם הוא תקוע הפוך). ה- ESC מורכב בעיקר מ- 6 מסכות, 2 לכל שלב של המנוע ובקרו -מיקרו. המוספט בעצם מתחלף בין הפיכת הקוטביות בתדר מסוים כדי לווסת את סל ד המנוע. למערכות ה- ESC יש דירוג נוכחי מכיוון שהוא ציון הזרם המרבי שה- ESC יכול לסבול לפרקי זמן ארוכים.

שלב 4: יעילות

(רב גדיל: מנוע סגול יחיד גדיל: מנוע כתום)

חוּט:

חוטים מרובי גדילים יכולים לארוז נפח גדול יותר של נחושת באזור נתון בהשוואה לחוט עבה בודד סביב הסטאטור כך שחוזק השדה המגנטי מעט חזק יותר אך משיכת הכוח הכוללת של המנוע מוגבלת בשל החוטים הדקים (בהתחשב בכך ש מנוע רב גדילי בנוי ללא כל מוצלב של החוטים וזה מאוד לא סביר בגלל איכות הייצור). חוט עבה יותר יכול לשאת יותר זרם ולשמור על הספק גבוה יותר בהשוואה למנוע רב גדיל בנוי לא פחות. קשה יותר לבנות מנוע רב גדי שנבנה כהלכה ולכן רוב המנועים האיכותיים בנויים עם חוט אחד של חוט (לכל שלב). היתרונות הקטנים של חיווט רב גדילי ניכרים בקלות על ידי הייצור והעיצוב הבינוני, שלא לדבר על כך שיש הרבה יותר מקום לתקלה אם כל אחד מהחוטים הדקים מתחמם יתר על המידה או מקצר. לחיווט חד -גדיל יחיד אין אחת מבעיות אלה מכיוון שיש לו מגבלת זרם גבוהה בהרבה ונקודות מינימליות של קצר. אז, מבחינת אמינות, עקביות ויעילות, פיתולים חד -גדילים הם הטובים ביותר עבור מנועים נטולי מברשות מרובעות.

נ.ב. אחת הסיבות לכך שחוטים רב גדילים גרועים יותר עבור כמה מנועים ספציפיים נובעת מהשפעת העור. אפקט העור הוא הנטייה של זרם חשמלי לסירוגין להתפזר בתוך מוליך כך שצפיפות הזרם היא הגדולה ביותר ליד פני המוליך, ויורדת עם עומקים גדולים יותר במוליך. עומק אפקט העור משתנה עם התדירות. בתדרים גבוהים עומק העור הופך להיות קטן בהרבה. (למטרות תעשייתיות, חוט ליץ משמש כדי לנטרל את ההתנגדות המוגברת של AC עקב אפקט העור ולחסוך כסף) אפקט ההפשטה הזה יכול לגרום לאלקטרונים לקפוץ על פני החוטים בתוך כל קבוצת סלילים ביעילות לקצר אותם זה לזה. אפקט זה קורה בדרך כלל כאשר המנוע רטוב או משתמש בתדרים גבוהים של יותר מ -60 הרץ. אפקט העור יכול לגרום לזרמי מערבולת שבתורם יוצרים נקודות חמות בתוך המפותלים. זו הסיבה ששימוש בחוט קטן יותר אינו אידיאלי.

טֶמפֶּרָטוּרָה:

מגנטים הניאודימיום הקבועים המשמשים מנועים ללא מברשת חזקים למדי, הם בדרך כלל נעים מ- N48-N52 מבחינת חוזק מגנטי (גבוה יותר הוא N52 החזק ביותר הידעתי). מגנטים ניאודימיום מסוג N מאבדים חלק מהמגנטיזציה שלהם לצמיתות בטמפרטורה של 80 מעלות צלזיוס. למגנטים עם המגנטיזציה N52 יש טמפרטורת עבודה מקסימלית של 65 ° C. צינון נמרץ אינו פוגע במגנטים של ניאודימיום. מומלץ לעולם לא לחמם יתר על המידה את המנועים מכיוון שלחומר הבידוד של האמייל על פיתולי הנחושת יש גם מגבלת טמפרטורה ואם הם נמסים, זה יכול לגרום לקצר חשמלי של מנוע או אפילו גרוע מכך, בקר הטיסה. כלל אצבע טוב הוא שאם אינך יכול להחזיק את המנוע לפרק זמן ארוך מאוד לאחר טיסה קצרה של דקה או שתיים, סביר להניח שאתה מחמם יתר על המידה את המנוע וכי ההתקנה לא תהיה כדאית לשימוש ממושך.

שלב 5: מומנט

בדיוק כמו שיש קבוע מהירות מנוע, יש קבוע מומנט. התמונה למעלה מראה לך את הקשר בין קבוע המומנט לבין קבוע המהירות. כדי למצוא מומנט, פשוט תכפיל את קבוע המומנט עם זרם. הדבר המעניין במומנט במנועים ללא מברשות הוא שבשל ההפסדים ההתנגדותיים של המעגל בין הסוללה והמנוע, הקשר בין המומנט ל- KV של המנוע אינו קשור ישירות כפי שהמשוואה מרמזת. התמונה המצורפת מציגה את הקשר האמיתי בין מומנט ל- KV בסל"ד שונים. בשל ההתנגדות הנוספת של המעגל כולו, השינוי באחוזים בהתנגדות אינו שקול לשינוי האחוזים ב- KV ולכן לקשר יש עקומה מוזרה. מכיוון שהשינויים אינם פרופורציונליים, לגרסת ה- KV התחתונה של מנוע תמיד יש יותר מומנט עד לסל"ד גבוה מסוים שבו מרווח הסל"ד של מנוע ה- KV הגבוה משתלט על כוחו ומייצר יותר מומנט.

בהתבסס על המשוואה, KV משנה רק את הזרם הדרוש להפקת המומנט, או הפוך, כמה מומנט נוצר בכמות מסוימת של זרם. יכולתו של המנוע לייצר מומנט בפועל היא גורם לדברים כמו חוזק מגנט, פער אוויר ושטח חתך של הפיתולים. ככל ש- RPM גדל הזרם עולה באופן דרמטי בעיקר בשל הקשר הלא ליניארי בין אנרגיה ל- RPM.

שלב 6: תכונות נוספות

פעמון המנוע הוא החלק של המנוע שיגרום לנזק הרב ביותר במלאכה ולכן הכרחי שהוא עשוי מהחומר הטוב ביותר למטרה זו. רוב המנועים הסינים הזולים עשויים מאלומיניום 6061 המתעוות בקלות בהתרסקות קשה לכן התרחקו מאספלט תוך כדי טיסה. הצד היוקרתי יותר של המנועים משתמש באלומיניום 7075 שמציע עמידות הרבה יותר ואורך חיים ארוך יותר.

המגמה האחרונה במנועי quadcopter היא להחזיק פיר טיטניום או פלדה חלול מכיוון שהוא קל יותר מפיר מוצק ובעל חוזק מבני רב. בהשוואה לפיר מוצק, פיר חלול הוא בעל משקל נמוך יותר, באורך ובקוטר נתון. יתר על כן, כדאי להמשיך עם פירים חלולים, אם אנו שמים דגש על הפחתת משקל וחיסכון בעלויות. פירים חלולים עדיפים בהרבה על עומסי פיתול בהשוואה לפירים מוצקים. בנוסף, פיר הטיטניום לא יתפשט בקלות כמו פיר הפלדה או האלומיניום. פלדה מוקשחת יכולה למעשה להיות טובה יותר מבחינת חוזק תפקודי מאשר חלק מסגסוגות הטיטניום הנפוצות בפירים החלולים הללו. זה באמת תלוי בסגסוגות הספציפיות הנדונות ובטכניקת ההתקשות בה משתמשים. בהנחה שהמקרה הטוב ביותר לשני החומרים, הטיטניום יהיה קל יותר, אך מעט שביר יותר, והפלדה המוקשחת תהיה קשה יותר אך קלה יותר בכבדה.

שלב 7: הפניות/ משאבים

לבדיקות מפורטות במיוחד ולסקירה כללית של מנועי quadcopter ספציפיים, עיין ב- EngineerX ב- YouTube. הוא מפרסם נתונים סטטיסטיים מפורטים ובדיקות ספסל המנועים עם מדחפים שונים.

לתיאוריות מעניינות ומידע נוסף על עולם מרוצי ה- FPV/סגנון חופשי, צפו ב- KababFPV. הוא אחד האנשים הגדולים להאזנה לדיון חינוכי ואינטואיטיבי על טכנולוגיית quadcopter.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

תהנה מהתמונה הזו.

תודה שביקרת.