มอเตอร์ไร้แปรงถ่าน: 7 ขั้นตอน

2024 ผู้เขียน: John Day | [email protected]. แก้ไขล่าสุด: 2024-01-30 13:06

คำแนะนำนี้เป็นแนวทาง / ภาพรวมของเทคโนโลยีมอเตอร์ที่อยู่เบื้องหลังมอเตอร์ควอดคอปเตอร์ที่ทันสมัย เพียงเพื่อแสดงให้คุณเห็นว่าควอดคอปเตอร์สามารถทำอะไรได้บ้าง ให้ดูวิดีโอที่น่าทึ่งนี้ (ดูปริมาณมันจะดังมาก) เครดิตทั้งหมดไปที่ผู้เผยแพร่ดั้งเดิมของวิดีโอ

ขั้นตอนที่ 1: คำศัพท์

มอเตอร์ไร้แปรงถ่านส่วนใหญ่มักอธิบายด้วยตัวเลขสองชุด เช่น: Hyperlite 2207-1922KV. ตัวเลขชุดแรกหมายถึงขนาดสเตเตอร์ของมอเตอร์ในหน่วยมิลลิเมตร สเตเตอร์มอเตอร์เฉพาะนี้มีความกว้าง 22 มม. และสูง 7 มม. DJI Phantoms รุ่นเก่าใช้มอเตอร์ 2212 ตัว ขนาดของสเตเตอร์มักจะเป็นไปตามแนวโน้ม:

สเตเตอร์ที่สูงกว่าช่วยให้ประสิทธิภาพปลายบนสูงขึ้น (ช่วง RPM ที่สูงขึ้น)

สเตเตอร์ที่กว้างขึ้นช่วยให้ได้ประสิทธิภาพปลายล่างที่แข็งแกร่งขึ้น (ช่วง RPM ที่ต่ำกว่า)

ตัวเลขชุดที่สองคือพิกัด KV สำหรับมอเตอร์ อัตรา KV ของมอเตอร์คือค่าคงที่ความเร็วของมอเตอร์เฉพาะนั้น ซึ่งโดยทั่วไปหมายความว่ามอเตอร์จะสร้าง EMF ด้านหลังที่ 1V เมื่อมอเตอร์หมุนที่ RPM นั้นหรือจะหมุนที่ RPM ที่ไม่ได้บรรจุของ KV เมื่อใช้ 1V. ตัวอย่างเช่น มอเตอร์นี้ที่จับคู่กับ lipo 4S จะมี RPM เล็กน้อยตามทฤษฎีที่ 1922x14.8 = 28, 446 RPM

อันที่จริง มอเตอร์อาจไม่ถึงความเร็วตามทฤษฎีนี้ เนื่องจากมีการสูญเสียทางกลที่ไม่เป็นเชิงเส้นและการสูญเสียพลังงานจากความต้านทาน

ขั้นตอนที่ 2: ความรู้พื้นฐาน

มอเตอร์ไฟฟ้าพัฒนาแรงบิดโดยการสลับขั้วของแม่เหล็กไฟฟ้าแบบหมุนที่ติดอยู่กับโรเตอร์ ส่วนที่หมุนของเครื่อง และแม่เหล็กที่อยู่กับที่บนสเตเตอร์ที่ล้อมรอบโรเตอร์ แม่เหล็กหนึ่งชุดหรือทั้งสองชุดเป็นแม่เหล็กไฟฟ้า ทำจากขดลวดพันรอบแกนเฟอร์โรแมกเนติก กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขดลวดจะสร้างสนามแม่เหล็ก ให้กำลังซึ่งขับเคลื่อนมอเตอร์

หมายเลขการกำหนดค่าจะบอกคุณว่ามีแม่เหล็กไฟฟ้าอยู่บนสเตเตอร์กี่ตัว และจำนวนแม่เหล็กถาวรบนโรเตอร์ ตัวเลขหน้าตัวอักษร N แสดงถึงจำนวนแม่เหล็กไฟฟ้าที่มีอยู่ในสเตเตอร์ ตัวเลขหน้า P แสดงว่ามีแม่เหล็กถาวรอยู่ในโรเตอร์กี่ตัว มอเตอร์ไร้แปรงถ่านที่วิ่งออกนอกลู่วิ่งส่วนใหญ่เป็นไปตามการกำหนดค่า 12N14P

ขั้นตอนที่ 3: ตัวควบคุมความเร็วแบบอิเล็กทรอนิกส์

ESC คืออุปกรณ์ที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรงจากแบตเตอรี่เป็นไฟฟ้ากระแสสลับ นอกจากนี้ยังรับข้อมูลจากตัวควบคุมการบินเพื่อปรับความเร็วและกำลังของมอเตอร์ มีหลายโปรโตคอลสำหรับการสื่อสารนี้ แอนะล็อกหลักคือ PWM, Oneshot 125, Oneshot 42 และ Multishot แต่สิ่งเหล่านี้กลายเป็นสิ่งล้าสมัยสำหรับ quadcopters เนื่องจากมีโปรโตคอลดิจิทัลใหม่ที่เรียกว่า Dshot ไม่มีปัญหาการสอบเทียบของโปรโตคอลแอนะล็อก เนื่องจากมีการส่งบิตดิจิทัลเป็นข้อมูล สัญญาณจึงไม่ถูกรบกวนจากการเปลี่ยนแปลงของสนามแม่เหล็กและแรงดันไฟกระชากเมื่อเทียบกับคู่สัญญาณ Dhsot ไม่ได้เร็วกว่า Multishot มากนักจนถึง DShot 1200 และ 2400 ซึ่งสามารถทำงานบน ESC ได้เพียงไม่กี่ตัวเท่านั้น ณ จุดนี้ ประโยชน์ที่แท้จริงของ Dshot คือความสามารถในการสื่อสารแบบสองทาง โดยเฉพาะอย่างยิ่งความสามารถในการส่งข้อมูลห้องกลับไปยัง FC เพื่อใช้ในการปรับแต่งตัวกรองแบบไดนามิกและความสามารถในการทำสิ่งต่างๆ เช่น โหมดเต่า (ย้อนกลับ ESC ชั่วคราวเพื่อพลิกสี่เหลี่ยม มากกว่าถ้ามันติดอยู่คว่ำ) ESC ประกอบด้วยมอสเฟต 6 ตัว, 2 เฟสสำหรับแต่ละเฟสของมอเตอร์และไมโครคอนโทรลเลอร์ โดยทั่วไปแล้วมอสเฟตจะสลับไปมาระหว่างการกลับขั้วที่ความถี่หนึ่งเพื่อควบคุม RPM ของมอเตอร์ ESC มีการจัดอันดับปัจจุบันเนื่องจากเป็นจำนวนแอมแปร์สูงสุดที่ ESC สามารถคงอยู่ได้เป็นระยะเวลานาน

ขั้นตอนที่ 4: ประสิทธิภาพ

(Multi strand: มอเตอร์สีม่วง Single Strand: Orange Motor)

ลวด:

ลวดแบบหลายเกลียวสามารถบรรจุทองแดงในปริมาณที่มากขึ้นในพื้นที่ที่กำหนด เมื่อเทียบกับลวดหนาเส้นเดียวที่พันรอบสเตเตอร์ ดังนั้นความแรงของสนามแม่เหล็กจะแรงขึ้นเล็กน้อย แต่การดึงพลังงานโดยรวมของมอเตอร์มีจำกัดเนื่องจากลวดเส้นบาง (เนื่องจากว่า มอเตอร์แบบหลายเกลียวถูกสร้างขึ้นโดยไม่ต้องมีสายไขว้ซึ่งไม่น่าเป็นไปได้อย่างมากเนื่องจากคุณภาพการผลิต) ลวดที่หนาขึ้นสามารถรับกระแสไฟได้มากกว่าและคงกำลังขับที่สูงกว่าเมื่อเปรียบเทียบกับมอเตอร์แบบหลายเกลียวที่สร้างขึ้นอย่างเท่าเทียมกัน มันยากกว่าที่จะสร้างมอเตอร์แบบหลายเกลียวที่สร้างขึ้นอย่างเหมาะสม ดังนั้นมอเตอร์คุณภาพส่วนใหญ่จึงถูกสร้างขึ้นด้วยลวดเส้นเดียว (สำหรับแต่ละเฟส) ข้อได้เปรียบเล็กๆ น้อยๆ ของการเดินสายแบบหลายเส้นนั้นมักจะถูกมองข้ามโดยการผลิตและการออกแบบธรรมดาๆ ไม่ต้องพูดถึงว่ายังมีพื้นที่อีกมากสำหรับอุบัติเหตุหากสายไฟเส้นบางๆ มีความร้อนสูงเกินไปหรือไฟฟ้าลัดวงจร การเดินสายแบบเกลียวเดียวไม่มีปัญหาดังกล่าว เนื่องจากมีขีดจำกัดกระแสไฟที่สูงกว่ามากและมีจุดลัดวงจรน้อยที่สุด ดังนั้น เพื่อความน่าเชื่อถือ ความสม่ำเสมอ และประสิทธิภาพ ขดลวดเส้นเดียวจึงดีที่สุดสำหรับมอเตอร์ไร้แปรงถ่านสี่ใบพัด

ป.ล. สาเหตุหนึ่งที่สายไฟแบบหลายเกลียวนั้นแย่กว่าสำหรับมอเตอร์บางตัวโดยเฉพาะอันเนื่องมาจากผลกระทบต่อผิวหนัง ผลกระทบของผิวหนังคือแนวโน้มของกระแสสลับที่จะถูกกระจายภายในตัวนำ โดยที่ความหนาแน่นกระแสจะมากที่สุดใกล้กับพื้นผิวของตัวนำ และลดลงตามความลึกในตัวนำที่มากขึ้น ความลึกของเอฟเฟกต์ผิวหนังแตกต่างกันไปตามความถี่ ที่ความถี่สูง ความลึกของผิวหนังจะเล็กลงมาก (สำหรับวัตถุประสงค์ทางอุตสาหกรรม ลวด litz ถูกใช้เพื่อต่อต้านความต้านทาน AC ที่เพิ่มขึ้นอันเนื่องมาจากผลกระทบของผิวหนังและประหยัดเงิน) เอฟเฟกต์ skinning นี้อาจทำให้อิเล็กตรอนกระโดดข้ามสายภายในแต่ละกลุ่มของคอยล์ได้อย่างมีประสิทธิภาพ ผลกระทบนี้มักเกิดขึ้นเมื่อมอเตอร์เปียกหรือใช้ความถี่สูงที่มากกว่า 60Hz ผลกระทบจากผิวหนังสามารถทำให้เกิดกระแสน้ำวนซึ่งจะสร้างจุดร้อนภายในขดลวด นี่คือสาเหตุที่การใช้ลวดเส้นเล็กกว่านั้นไม่เหมาะ

อุณหภูมิ:

แม่เหล็กนีโอไดเมียมถาวรที่ใช้กับมอเตอร์แบบไม่มีแปรงมีความแข็งแรงมาก โดยปกติจะมีตั้งแต่ N48-N52 ในแง่ของความแรงแม่เหล็ก แม่เหล็กนีโอไดเมียมประเภท N สูญเสียส่วนหนึ่งของการทำให้เป็นแม่เหล็กอย่างถาวรที่อุณหภูมิ 80 °C แม่เหล็กที่มีการสะกดจิต N52 มีอุณหภูมิการทำงานสูงสุด 65 องศาเซลเซียส คูลดาวน์อย่างแรงไม่เป็นอันตรายต่อแม่เหล็กนีโอไดเมียม ขอแนะนำว่าอย่าทำให้มอเตอร์ร้อนมากเกินไป เนื่องจากวัสดุฉนวนเคลือบบนขดลวดทองแดงก็มีขีดจำกัดอุณหภูมิเช่นกัน และหากหลอมละลายก็อาจทำให้มอเตอร์ไฟฟ้าลัดวงจรได้ หรือแย่กว่านั้น คุณเป็นผู้ควบคุมการบิน หลักการที่ดีคือ หากคุณไม่สามารถจับมอเตอร์ไว้เป็นเวลานานมากหลังจากเที่ยวบินสั้น ๆ 1 หรือ 2 นาที คุณอาจมีความร้อนสูงเกินไปของมอเตอร์และการตั้งค่านั้นจะไม่สามารถใช้งานได้นาน

ขั้นตอนที่ 5: แรงบิด

เช่นเดียวกับมีค่าคงที่ความเร็วของมอเตอร์ มีค่าคงที่แรงบิด ภาพด้านบนแสดงความสัมพันธ์ระหว่างค่าคงที่แรงบิดและค่าคงที่ความเร็ว ในการหาแรงบิด คุณเพียงแค่คูณค่าคงที่แรงบิดกับกระแส สิ่งที่น่าสนใจเกี่ยวกับแรงบิดในมอเตอร์แบบไม่มีแปรงคือเนื่องจากการสูญเสียความต้านทานของวงจรระหว่างแบตเตอรี่และมอเตอร์ ความสัมพันธ์ระหว่างแรงบิดและ KV ของมอเตอร์จึงไม่เกี่ยวข้องโดยตรงตามที่สมการแนะนำ รูปภาพที่แนบมาแสดงความสัมพันธ์ที่แท้จริงระหว่างแรงบิดและ KV ที่ RPM ต่างๆ เนื่องจากความต้านทานที่เพิ่มขึ้นของวงจรทั้งหมด % การเปลี่ยนแปลงของความต้านทานจึงไม่เท่ากับ % การเปลี่ยนแปลงใน KV ดังนั้นความสัมพันธ์จึงมีเส้นโค้งแปลก เนื่องจากการเปลี่ยนแปลงไม่เป็นสัดส่วน มอเตอร์รุ่น KV ที่ต่ำกว่าจึงมีแรงบิดมากกว่าเสมอ จนกระทั่งถึง RPM ที่สูงซึ่งส่วนหน้าของ RPM ของมอเตอร์ KV สูงจะเข้ามาแทนที่ความแข็งแกร่งและสร้างแรงบิดมากขึ้น

ตามสมการ KV จะเปลี่ยนเฉพาะกระแสที่ใช้เพื่อสร้างแรงบิด หรือในทางกลับกัน แรงบิดที่เกิดจากกระแสจำนวนหนึ่ง ความสามารถของมอเตอร์ในการผลิตแรงบิดจริง ๆ เป็นปัจจัยของสิ่งต่าง ๆ เช่น ความแรงของแม่เหล็ก ช่องว่างอากาศ พื้นที่หน้าตัดของขดลวด เมื่อ RPM เพิ่มขึ้น กระแสก็จะสูงขึ้นอย่างมากเนื่องจากความสัมพันธ์ที่ไม่เป็นเชิงเส้นระหว่างพลังงานและ RPM

ขั้นตอนที่ 6: คุณสมบัติเพิ่มเติม

กริ่งเป็นส่วนหนึ่งของมอเตอร์ที่จะรับความเสียหายมากที่สุดในยาน ดังนั้นจึงจำเป็นที่ต้องทำจากวัสดุที่ดีที่สุดสำหรับวัตถุประสงค์ มอเตอร์ราคาถูกของจีนส่วนใหญ่ทำจากอลูมิเนียม 6061 ที่เปลี่ยนรูปได้ง่ายเมื่อเกิดอุบัติเหตุอย่างหนัก ดังนั้นควรอยู่ห่างจากแอสฟัลต์ขณะบิน ด้านพรีเมียมของมอเตอร์ใช้อะลูมิเนียม 7075 ซึ่งมีความทนทานและอายุการใช้งานยาวนานกว่ามาก

แนวโน้มล่าสุดในมอเตอร์สี่ใบพัดคือการมีเพลาไททาเนียมหรือเหล็กกล้าแบบกลวงเนื่องจากมีน้ำหนักเบากว่าเพลาแบบแข็งและมีความแข็งแรงของโครงสร้างที่ดี เมื่อเปรียบเทียบกับด้ามแข็ง เพลากลวงจะมีน้ำหนักน้อยกว่าตามความยาวและเส้นผ่านศูนย์กลางที่กำหนด นอกจากนี้ ควรใช้เพลากลวงต่อไป หากเราเน้นที่การลดน้ำหนักและการลดต้นทุน เพลากลวงจะดีกว่ามากในการรับน้ำหนักมากเมื่อเทียบกับเพลาแข็ง นอกจากนี้ ก้านไทเทเนียมจะไม่ขาดง่ายเหมือนเพลาเหล็กหรืออะลูมิเนียม เหล็กชุบแข็งสามารถทำงานได้ดีกว่าโลหะผสมไททาเนียมบางชนิดที่ใช้กันทั่วไปในเพลากลวงเหล่านี้ ขึ้นอยู่กับโลหะผสมเฉพาะที่กล่าวถึงและเทคนิคการชุบแข็งที่ใช้ สมมติว่าเป็นเคสที่ดีที่สุดสำหรับวัสดุทั้งสองชนิด ไททาเนียมจะเบากว่า แต่เปราะกว่าเล็กน้อย และเหล็กชุบแข็งจะแข็งแกร่งกว่าแต่ฉันหนักกว่าเล็กน้อย

ขั้นตอนที่ 7: ข้อมูลอ้างอิง/ แหล่งข้อมูล

สำหรับการทดสอบอย่างละเอียดและภาพรวมของมอเตอร์ควอดคอปเตอร์เฉพาะ ให้ดูที่ EngineerX บน YouTube เขาโพสต์สถิติโดยละเอียดและม้านั่งทดสอบมอเตอร์ด้วยใบพัดต่างๆ

สำหรับทฤษฎีที่น่าสนใจและข้อมูลพิเศษอื่นๆ เกี่ยวกับโลกแห่งการแข่ง FPV/ฟรีสไตล์ โปรดดูที่ KababFPV เขาเป็นหนึ่งในคนที่ยิ่งใหญ่ที่สุดในการรับฟังการอภิปรายเพื่อการศึกษาและใช้งานง่ายเกี่ยวกับเทคโนโลยีควอดคอปเตอร์

www.youtube.com/channel/UC4yjtLpqFmlVncUFE…

สนุกกับภาพนี้

ขอบคุณสำหรับการเยี่ยมชม.