Động cơ không chổi than: 7 bước

2024 Tác giả: John Day | [email protected]. Sửa đổi lần cuối: 2024-01-30 13:34

Tài liệu hướng dẫn này là hướng dẫn / tổng quan về công nghệ động cơ đằng sau động cơ quadcopter hiện đại dành cho những người đam mê. Để cho bạn thấy quadcopters có khả năng gì, hãy xem video tuyệt vời này. (Xem âm lượng. Nó rất lớn) Tất cả tín dụng sẽ được chuyển cho nhà xuất bản ban đầu của video.

Bước 1: Thuật ngữ

Hầu hết các động cơ không chổi than thường được mô tả bằng hai bộ số; chẳng hạn như: Hyperlite 2207-1922KV. Bộ số đầu tiên đề cập đến kích thước stato của động cơ tính bằng milimét. Stato động cơ cụ thể này rộng 22mm và cao 7mm. Các DJI Phantoms cũ sử dụng 2212 động cơ. Kích thước stato thường theo xu hướng:

Stato cao hơn cho phép hiệu suất đầu cuối cao hơn (Phạm vi RPM cao hơn)

Stato rộng hơn cho phép hiệu suất cuối thấp hơn mạnh hơn (Phạm vi RPM thấp hơn)

Bộ số thứ hai là định mức KV cho động cơ. Định mức KV của động cơ là hằng số vận tốc của động cơ cụ thể đó, về cơ bản có nghĩa là động cơ sẽ tạo ra EMF ngược là 1V khi động cơ quay ở RPM đó hoặc sẽ quay với tốc độ RPM không tải của KV khi áp dụng 1V. Ví dụ: Động cơ này được ghép nối với lipo 4S sẽ có RPM danh nghĩa lý thuyết là 1922x14,8 = 28, 446 RPM

Trên thực tế, động cơ có thể không đạt được tốc độ lý thuyết này vì có tổn thất cơ học phi tuyến tính và tổn thất công suất điện trở.

Bước 2: Nguyên tắc cơ bản

Động cơ điện tạo ra mômen quay bằng cách xoay chiều các cực của nam châm điện quay gắn với rôto, bộ phận quay của máy và nam châm đứng yên trên stato bao quanh rôto. Một hoặc cả hai bộ nam châm là nam châm điện, được làm bằng một cuộn dây quấn quanh lõi sắt từ. Dòng điện chạy qua cuộn dây tạo ra từ trường, cung cấp năng lượng để chạy động cơ.

Số cấu hình cho bạn biết có bao nhiêu nam châm điện trên stato và số nam châm vĩnh cửu có trên rôto. Số đứng trước chữ N cho biết số nam châm điện có trong stato. Số đứng trước chữ P cho biết rôto có bao nhiêu nam châm vĩnh cửu. Hầu hết các động cơ không chổi than chạy ngoài đều tuân theo cấu hình 12N14P.

Bước 3: Bộ điều khiển tốc độ điện tử

ESC là thiết bị chuyển đổi điện một chiều từ pin thành điện xoay chiều. Nó cũng nhận dữ liệu đầu vào từ bộ điều khiển chuyến bay để điều chỉnh tốc độ và công suất của động cơ. Có nhiều giao thức cho giao tiếp này. Các thiết bị tương tự chính là: PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 và Multishot. Nhưng những thứ này đã trở nên lỗi thời đối với quadcopters khi các giao thức kỹ thuật số mới xuất hiện được gọi là Dshot. Nó không có bất kỳ vấn đề hiệu chuẩn nào của các giao thức tương tự. Vì có các bit kỹ thuật số được gửi dưới dạng thông tin, tín hiệu không bị gián đoạn bởi các từ trường thay đổi và xung điện áp trái ngược với đối tác của chúng. Dhsot không thực sự nhanh hơn Multishot cho đến DShot 1200 và 2400, chỉ có thể chạy trên một vài ESC vào thời điểm này. Lợi ích thực sự của Dshot chủ yếu là khả năng giao tiếp hai chiều, đặc biệt là khả năng gửi dữ liệu phòng trở lại FC để sử dụng trong việc điều chỉnh các bộ lọc động và khả năng thực hiện những việc như chế độ rùa (tạm thời đảo ngược ESC để lật quad nếu nó bị kẹt ngược). Một ESC chủ yếu được làm bằng 6 mosfet, 2 cho mỗi pha của động cơ và một bộ vi điều khiển. Về cơ bản MOSFET luân phiên giữa việc đảo ngược cực tính ở một tần số nhất định để điều chỉnh RPM của động cơ. ESC có đánh giá hiện tại vì đó là cường độ dòng điện tối đa mà ESC có thể duy trì trong thời gian dài.

Bước 4: Hiệu quả

(Nhiều sợi: Động cơ màu tím Một sợi: Động cơ màu cam)

Dây điện:

Các dây nhiều sợi có thể đóng gói nhiều khối lượng đồng hơn trong một khu vực nhất định so với một dây dày đơn lẻ quấn quanh stato, do đó cường độ từ trường mạnh hơn một chút nhưng sức hút tổng thể của động cơ bị hạn chế do dây mỏng (Cho rằng động cơ nhiều sợi được chế tạo mà không có bất kỳ sự giao nhau nào của dây dẫn, điều này rất khó xảy ra do chất lượng sản xuất). Một dây dày hơn có thể mang nhiều dòng điện hơn và duy trì công suất đầu ra cao hơn so với một động cơ nhiều sợi được cấu tạo như nhau. Việc chế tạo một động cơ nhiều sợi được cấu tạo đúng cách là khó hơn, do đó hầu hết các động cơ chất lượng đều được chế tạo với một sợi dây duy nhất (cho mỗi pha). Những ưu điểm nhỏ của hệ thống dây điện nhiều sợi dễ dàng bị lấn át bởi việc chế tạo và thiết kế tầm thường, chưa kể đến việc có rất nhiều chỗ cho sự cố nếu bất kỳ dây mỏng nào bị quá nhiệt hoặc ngắn mạch. Hệ thống dây đơn không có bất kỳ vấn đề nào trong số đó vì nó có giới hạn dòng điện cao hơn nhiều và điểm ngắn mạch tối thiểu. Vì vậy, để đảm bảo độ tin cậy, nhất quán và hiệu quả, cuộn dây một sợi là tốt nhất cho động cơ không chổi than quadcopter.

P. S. Một trong những lý do khiến dây nhiều sợi kém hơn đối với một số động cơ cụ thể là do hiệu ứng da. Hiệu ứng da là xu hướng dòng điện xoay chiều phân bố trong một vật dẫn sao cho mật độ dòng điện gần bề mặt của vật dẫn là lớn nhất và giảm khi có độ sâu lớn hơn trong vật dẫn. Độ sâu của hiệu ứng da thay đổi theo tần suất. Ở tần số cao, độ sâu của da trở nên nhỏ hơn nhiều. (Đối với mục đích công nghiệp, dây litz được sử dụng để chống lại sự gia tăng điện trở AC do hiệu ứng vỏ và tiết kiệm tiền) Hiệu ứng lột da này có thể khiến các electron nhảy qua các dây trong mỗi nhóm cuộn dây có hiệu quả làm ngắn chúng với nhau. Hiệu ứng này thường xảy ra khi động cơ bị ướt hoặc đang sử dụng tần số cao hơn 60Hz. Hiệu ứng lột da có thể tạo ra các dòng điện xoáy, từ đó tạo ra các điểm nóng bên trong cuộn dây. Đây là lý do tại sao sử dụng dây nhỏ hơn là không lý tưởng.

Nhiệt độ:

Các nam châm neodymium vĩnh cửu được sử dụng cho động cơ không chổi than khá mạnh, chúng thường nằm trong khoảng từ N48-N52 về độ bền từ (cao hơn là mạnh hơn N52 là mạnh nhất theo hiểu biết của tôi). Nam châm neodymium loại N mất vĩnh viễn một phần từ tính của chúng ở nhiệt độ 80 ° C. Nam châm có độ từ hóa N52 có nhiệt độ làm việc tối đa là 65 ° C. Việc hạ nhiệt mạnh mẽ không gây hại cho nam châm neodymium. Bạn không bao giờ làm nóng động cơ quá nóng vì vật liệu cách điện tráng men trên cuộn dây đồng cũng có giới hạn nhiệt độ và nếu chúng nóng chảy, nó có thể gây ra đoản mạch làm cháy động cơ hoặc thậm chí tệ hơn là bạn điều khiển máy bay. Một nguyên tắc chung là nếu bạn không thể giữ động cơ trong một khoảng thời gian rất dài sau chuyến bay ngắn 1 hoặc 2 phút, có thể bạn đang làm động cơ quá nóng và thiết lập đó sẽ không khả thi để sử dụng trong thời gian dài.

Bước 5: Mô-men xoắn

Giống như vận tốc động cơ không đổi, mômen quay không đổi. Hình ảnh trên cho bạn thấy mối quan hệ giữa hằng số mômen và hằng số vận tốc. Để tìm mô-men xoắn, bạn chỉ cần nhân hằng số mô-men xoắn với dòng điện. Điều thú vị về mô-men xoắn trong động cơ không chổi than là do tổn thất điện trở của mạch điện giữa pin và động cơ, mối quan hệ giữa mô-men xoắn và KV của động cơ không liên quan trực tiếp như phương trình gợi ý. Hình ảnh đính kèm cho thấy mối quan hệ thực tế giữa mô-men xoắn và KV ở các RPM khác nhau. Do điện trở tăng thêm của toàn mạch,% thay đổi trong điện trở không tương đương với% thay đổi trong KV và do đó mối quan hệ có một đường cong kỳ lạ. Vì những thay đổi không tỷ lệ thuận, biến thể KV thấp hơn của động cơ luôn có nhiều mô-men xoắn hơn cho đến khi có RPM cao nhất định trong đó khoảng trống RPM của động cơ KV cao tiếp nhận sức mạnh và tạo ra nhiều mô-men xoắn hơn.

Dựa trên phương trình, KV chỉ thay đổi dòng điện cần để tạo ra mô-men xoắn, hoặc ngược lại, có bao nhiêu mô-men xoắn được tạo ra bởi một lượng dòng điện nhất định. Khả năng của một động cơ thực sự tạo ra mô-men xoắn là một yếu tố của những thứ như cường độ nam châm, khe hở không khí, diện tích mặt cắt ngang của các cuộn dây. Khi RPM tăng, dòng điện tăng đột ngột chủ yếu do mối quan hệ phi tuyến tính giữa năng lượng và RPM.

Bước 6: Các tính năng bổ sung

Chuông động cơ là bộ phận của động cơ sẽ chịu nhiều thiệt hại nhất trong một món đồ thủ công vì vậy nó bắt buộc phải được làm bằng vật liệu tốt nhất cho mục đích. Hầu hết các động cơ giá rẻ của Trung Quốc được làm bằng nhôm 6061 dễ biến dạng khi va chạm mạnh, vì vậy hãy tránh xa đường nhựa khi bay. Mặt cao cấp hơn của động cơ sử dụng nhôm 7075 mang lại độ bền và tuổi thọ cao hơn nhiều.

Xu hướng gần đây trong động cơ quadcopter là có trục rỗng bằng titan hoặc thép vì nó nhẹ hơn trục đặc và có độ bền kết cấu lớn. So với trục đặc, trục rỗng có trọng lượng nhẹ hơn, với chiều dài và đường kính nhất định. Hơn nữa, bạn nên đi trước với trục rỗng, nếu chúng tôi nhấn mạnh vào việc giảm trọng lượng và cắt giảm chi phí. Trục rỗng chịu tải xoắn tốt hơn nhiều so với trục đặc. Ngoài ra, trục titan sẽ không dễ tách rời như trục thép hoặc nhôm. Thép tôi cứng thực sự có thể tốt hơn về độ bền chức năng so với một số hợp kim titan thường được sử dụng trong các trục rỗng này. Nó thực sự phụ thuộc vào các hợp kim cụ thể đang được thảo luận và kỹ thuật làm cứng được sử dụng. Giả sử trường hợp tốt nhất cho cả hai vật liệu, titan sẽ nhẹ hơn, nhưng hơi giòn hơn, và thép cứng sẽ cứng hơn nhưng tôi nặng hơn một chút.

Bước 7: Tham khảo / Tài nguyên

Để kiểm tra cực kỳ chi tiết và tổng quan về các động cơ quadcopter cụ thể, hãy xem EngineerX trên YouTube. Anh ấy đăng số liệu thống kê chi tiết và kiểm tra băng ghế dự bị động cơ với các cánh quạt khác nhau.

Để biết các lý thuyết thú vị và thông tin bổ sung khác về thế giới đua xe / đua tự do FPV, hãy xem KababFPV. Anh ấy là một trong những người tuyệt vời nhất để lắng nghe để thảo luận giáo dục và trực quan về công nghệ quadcopter.

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

Thưởng thức bức ảnh này.

Cảm ơn bạn đã đến thăm.