Продовження
Підшипник
Підшипники двигуна можуть бути рідко обговорюваною темою через брак інформації в Інтернеті, але вони відіграють вирішальну роль у роботі вашого дрона. Давайте докладніше розглянемо основи роботи підшипників двигуна.
Розмір підшипника визначається різницею між його зовнішнім і внутрішнім діаметрами. Ширші підшипники можуть помістити більші кульки всередині себе. У той час як більші кульки забезпечують більшу довговічність і стійкість до ударів, менші кульки забезпечують більшу стабільність і плавність роботи на високих швидкостях і обертах.
Деякі двигуни продаються як такі, що мають "керамічні підшипники", в яких замість сталевих кульок використовуються керамічні. Хоча ці підшипники дійсно працюють плавніше, вони також більш схильні до виходу з ладу.
Внутрішній діаметр підшипника також визначає розмір вала, який можна використовувати. Підшипник 9мм x 4мм пропонує хороший баланс між довговічністю та плавністю ходу.
Популярні підшипники, що використовуються в двигунах дронів FPV, включають японські бренди, такі як NSK, NMB і EZO. Хоча підшипники EZO часто рекламують як найкращі, складно цілісно оцінити їхню перевагу над іншими брендами. Крім того, важливо враховувати можливість того, що виробники використовують підробки замість оригіналу.
Вибір правильного розміру двигуна для вашого дрона
Щоб визначити ідеальний розмір двигуна для вашого дрона, дотримуйтесь цієї послідовності:
Розмір рами => Розмір пропелера => Розмір двигуна
Визначивши розмір рами, ви можете оцінити відповідний розмір двигуна. Розмір рами обмежує розмір пропелера, а кожен розмір пропелера вимагає різних обертів двигуна для ефективного створення тяги - ось тут і вступає в гру KV двигуна.
Крім того, переконайтеся, що двигуни створюють достатній крутний момент для обертання обраного вами пропелера. Це залежить від розміру статора. Загалом, більший розмір статора і вищий KV призводять до збільшення споживаного струму.
У таблиці нижче наведено загальні рекомендації. Це не є жорстким правилом, оскільки ви можете зустріти людей, які використовують двигуни трохи більшої або меншої потужності, ніж вказано в таблиці. Однак вона слугує гарною відправною точкою.
Врахування напруги та споживаного струму
Розуміння ролі напруги у виборі двигуна має велике значення. При використанні вищої напруги двигун намагатиметься обертатися швидше, що призведе до збільшення споживаного струму. Пам'ятайте про силу тяги, яку створюють ваші двигуни, і про струм, який вони споживають.
Після того, як ви чітко зрозумієте, який струм споживає ваш двигун і пропелер, ви зможете впевнено вибрати правильний ESC для вашого дрона. Майте на увазі, що ESC має витримувати максимальний струм, який споживає двигун, не перевищуючи його межі, щоб гарантувати безпечну і надійну роботу.
Як оцінити продуктивність двигуна
Після того, як ви визначилися з розміром двигуна, у вас, швидше за все, залишиться ще кілька варіантів на вибір. Щоб визначити найкращий двигун для ваших конкретних потреб, візьміть до уваги наступні фактори:
Тяга
Коефіцієнт корисної дії та споживаний струм
Вага
Зрештою, на ваш вибір двигуна впливатимуть передбачуване застосування, стиль польоту і бажані експлуатаційні характеристики.
Ефективність і споживаний струм
Коли справа доходить до вибору двигуна для вашого дрона, тяга - це перше, що спадає на думку. Зрештою, це сила, яка рухає ваш дрон у повітрі і дозволяє йому виконувати вражаючі повітряні маневри.
Хоча більша тяга означає швидше прискорення, дуже важливо не забувати про інші фактори, такі як споживання струму та ефективність. Вибір комбінації двигуна і пропелера, яка вимагає надмірної сили струму, може призвести до надмірного навантаження на батареї, що потенційно скоротить термін їхньої служби.
Якщо ваш дрон споживає значну кількість струму на високій швидкості, важливо переконатися, що максимальна швидкість розряду акумулятора відповідає цим вимогам.
Хоча тяга, безсумнівно, є життєво важливим аспектом, який слід враховувати при виборі двигуна для вашого FPV-дрона, важливо зважити її з іншими факторами, які зазначено нижче.
Вага двигуна
Вага двигуна - це фактор, який часто ігнорується при виборі двигуна для FPV-дронів, проте він відіграє важливу роль, особливо для високопродуктивних дронів, таких як гоночні та фристайл.
Двигуни встановлюються по чотирьох кутах рами, а це означає, що вони мають значний вплив на чутливість квадрокоптера. Важчі двигуни збільшують кутовий момент інерції, що вимагає більшого крутного моменту (а не тільки тяги) для зміни положення дрона.
У реальних умовах польоту, коли квадрокоптер виконує сальто або нахил, потрібен час, щоб набрати кутове прискорення, досягти потрібного положення, а потім зупинитися. Більш важким двигунам потрібно більше часу, щоб досягти необхідної кутової швидкості і сповільнитися, через що дрон відчуває себе менш чутливим. Це особливо важливо, якщо ваш стиль польоту передбачає швидку зміну напрямку, наприклад, фристайл або перегони. Для тих, хто в першу чергу орієнтований на крейсерський політ по прямій лінії, як кінематографічні дрони, вага двигуна може бути не такою критичною.
Ефективність і споживаний струм
Вибираючи двигун для квадрокоптера, важливо враховувати ефективність двигуна, яка зазвичай розраховується шляхом ділення тяги на потужність при 100% потужності, вимірюється в грамах на ват (г/Вт). Чим вище число, тим ефективніший двигун.
Однак, не дивіться на ефективність лише на верхній межі. Проаналізуйте ефективність у всьому діапазоні газу, особливо в тому діапазоні, на якому ви будете переважно літати. Деякі двигуни можуть бути ефективними на нижчих рівнях газув, але втрачають ефективність, коли вони споживають більший струм, наближаючись до своєї межі.
Ще однією корисною метрикою для вимірювання ефективності є "грам на ампер" (тяга/струм).
Як правило, зі збільшенням тяги зростає і струм, необхідний для її створення. Тому кращими є двигуни з високою тягою і низьким споживанням струму. Неефективні двигуни можуть створювати недостатню тягу або споживати надмірний струм.
Кожен двигун по-різному реагує на різні пропелери. Вибір правильного пропелера має вирішальне значення для збалансування тяги та ефективності.
Майте на увазі, що ефективність і споживаний струм також впливають на вибір акумулятора. Ефективний двигун з високим споживанням струму може зловживати батареєю і викликати просідання напруги, тому важливо знайти правильний баланс для оптимізації продуктивності вашого дрона.
Удосконалені фактори продуктивності двигунів
Деякі характеристики двигунів для дронів не згадуються виробниками прямо, і їх можна виявити лише шляхом більш глибокого технічного тестування. Ось кілька додаткових факторів, які слід враховувати при виборі двигуна:
Крутний момент
Час відгуку
Температура
Вібрація і баланс
Крутний момент двигуна
Крутний момент - це сила, що відповідає за обертання пропелера, визначаючи, як швидко двигун може збільшувати і зменшувати кількість обертів. Іншими словами, він вимірює, наскільки легко двигун може рухати дзвін, пропелер і, найголовніше, повітря.
Крутний момент двигуна суттєво впливає на продуктивність вашого квадрокоптера, зокрема, на його точність і реакцію під час польоту. Двигун з високим крутним моментом забезпечує більш швидку реакцію завдяки швидшій зміні обертів. Зі збільшенням крутного моменту ви навіть можете відчути вібрацію пропелерів - так званий проп вош (prop wash).
Крім того, високий крутний момент дозволяє використовувати важчі пропелери (хоча і за рахунок більшого споживання струму). Якщо слабкому двигуну доручити обертати занадто важкий для нього пропелер (так зване перевантаження), двигун буде намагатися генерувати достатню силу, щоб досягти потрібних обертів, що призведе до низької ефективності та перегріву.
Однак двигуни з високим крутним моментом мають один потенційний недолік: коливання. Ці двигуни можуть змінювати швидкість обертання так швидко, що можуть створювати помилки (під час роботи PID контролера польоту), що призводить до коливань, які важко усунути навіть за допомогою налаштування PID і фільтрів.
На крутний момент безпосередньо впливає розмір статора, як правило, чим більший статор, тим більший крутний момент. Інші фактори, які можуть збільшити крутний момент, включають:
Сильніші магніти
Мінімізація повітряного зазору між постійними магнітами та статором, наприклад, завдяки використанню дугових магнітів
Більш тонкі шари статора
Ще однією перевагою двигунів з високим крутним моментом є їхня підвищена стійкість до більшого кроку та розміру пропелера, що дозволяє їм краще працювати з ширшим діапазоном пропелерів. Однак використання легших пропелерів також може бути корисним, оскільки зміна обертів відбувається швидше.
Відгук
Час відгуку двигуна тісно пов'язаний з крутним моментом, причому двигуни з високим крутним моментом зазвичай мають швидший час відгуку. Простий спосіб виміряти час відгуку - оцінити, скільки часу потрібно двигуну, щоб досягти максимальних обертів від старту.
На час відгуку сильно впливає вага і крок обраного вами пропелера. Майте на увазі, що атмосферні умови також можуть відігравати певну роль. Наприклад, на менших висотах повітря щільніше, а це означає, що пропелеру потрібно зрушити більше молекул повітря, щоб створити тягу. На більших висотах пропелери обертатимуться швидше і швидше реагуватимуть на зміну газу, але загальна тяга буде меншою через меншу кількість молекул повітря, з якими пропелер може взаємодіяти.
Температура
Температура відіграє важливу роль у продуктивності та довговічності безщіткових двигунів. Магніти, що використовуються в цих двигунах, демонструють слабше магнітне поле при високих температурах, що може призвести до швидшого розмагнічування і вплинути на термін служби двигуна.
Надмірна підтримка двигунів або надмірне використання повного газу може призвести до перегріву двигунів. Це, в свою чергу, може з часом погіршити продуктивність двигуна та магнітів. Тому конструкції двигунів, які полегшують охолодження, часто пов'язані з довшим терміном служби.
Вібрація
Вібрація, спричинена двигунами, може призвести до кількох небажаних наслідків для продуктивності вашого квадрокоптера.
Двигун з поганим балансом або низькою якістю збірки може генерувати вібрації, які можуть впливати на ваш PID-контролер. Оскільки частота вібрації змінюється на різних рівнях газу, налаштування вашого дрона може стати дедалі складнішим завданням.
Крім того, двигун, що зазнає вібрації, виробляє більше електричного шуму, ніж двигун, що працює стабільно. Цей електричний шум може впливати на роботу гіроскопа, ще більше погіршуючи характеристики польоту, і навіть може погіршити якість відео, якщо ваша система FPV живиться безпосередньо від акумулятора дрона.
Для зменшення вібрації більшість контролерів польоту постачаються з м'яким кріпленням, наприклад, гумовими прокладками, які забезпечують значне покращення. Однак важливо пам'ятати, що пошкоджені, зігнуті або незбалансовані пропелери також можуть спричиняти проблемні вібрації. Переконайтеся, що ви регулярно перевіряєте свої пропелери і замінюєте їх за необхідності для підтримки оптимальної продуктивності.
Основні характеристики двигунів для FPV-дронів
На продуктивність двигуна може впливати багато факторів, що робить його складною та іноді суперечливою темою. Двигуни з однаковим розміром статора і потужністю KV можуть демонструвати різну тягу, споживання струму і час відгуку, навіть при використанні однакових пропелерів. Вибір конструкції та матеріалів може суттєво вплинути на продуктивність.
У цьому розділі ми розглянемо різні конструктивні особливості двигунів, які сприяють підвищенню продуктивності і можуть змінювати характеристики двигуна.
Вал двигуна
Вал двигуна є невід'ємною частиною безщіткового двигуна, оскільки він відповідає за надійне кріплення пропелера. Більшість безщіткових двигунів, призначених для 3", 4", 5" і 6" пропелерів, мають вали M5 діаметром 5мм.
Конструкція валів двигунів з часом еволюціонувала, щоб забезпечити кращу продуктивність і довговічність:
Суцільний алюмінієвий вал: раніше вали двигунів виготовлялися з суцільних алюмінієвих стержнів. Хоча вони були легкими, ці вали були менш жорсткими і більш схильними до згинання.
Порожнистий титановий вал: щоб вирішити проблеми з суцільним алюмінієвим валом, виробники почали використовувати порожнисті титанові вали. Ці вали пропонували аналогічну економію ваги, але були значно жорсткішими і більш стійкими до згинання. Однак свердління отвору в центрі титанового валу збільшувало виробничі витрати.
Гібридний вал: нещодавно деякі виробники двигунів розробили гібридну конструкцію валу, вставивши сталевий стержень всередину порожнистого титанового валу. Ця інноваційна конструкція поєднує жорсткість і міцність сталі з легкістю титану, забезпечуючи чудову продуктивність і довговічність.
Тип магніту
Магніти, що використовуються в безщіткових двигунах, класифікуються за силою магнітного поля, наприклад, N50, N52, N54, де вищі цифри вказують на сильніше магнітне поле. Наприклад, двигун з магнітами N52SH буде працювати краще, ніж двигун з магнітами N50SH.
Сильніше магнітне поле теоретично дозволяє двигуну генерувати енергію більш ефективно, що призводить до більшого крутного моменту і швидшого часу відгуку. Однак двигун з сильнішим магнітним полем, як правило, залишає більше насічок при обертанні вручну. Це не завжди добре, оскільки вказує на менш рівномірне магнітне поле, що може призвести до менш плавної роботи двигуна. Ви можете помітити, що деякі двигуни при обертанні вручну відчуваються більш "зазубреними", ніж інші, що показує наскільки сильними є магніти. Сильніші магніти роблять двигун більш зубчастим.
Важливо також зазначити, що магніти можуть втрачати свою магнітну силу при високих температурах, що може вплинути на продуктивність двигуна. Щоб вирішити цю проблему, виробники двигунів часто використовують магніти N52H, які витримують високі температури. Деякі двигуни навіть використовують магніти N52SH, які, як вважається, здатні витримувати ще вищі температури.
Нерідко магніти розхитуються під час аварій або через вібрацію. Щоб виправити цю проблему, ви можете використовувати Loctite 438, щоб приклеїти магніти на місце в дзвоні двигуна.
Дугові магніти
Використання магнітів, також відомих як дугові магніти - це технологія, яка дозволяє наблизити магніти до статора, забезпечуючи менший і стабільніший повітряний зазор. Це, в свою чергу, забезпечує кращу продуктивність двигунів.
У дугових магнітах найсильніша магнітна точка кожного полюса більше не знаходиться на поверхні магніту, на відміну від стандартних не дугових магнітів. Епіцентр поля полюса на зовнішній стороні кривої буде знаходитися під поверхнею магніту, а епіцентр полюса на внутрішній кривій буде фактично над поверхнею, що ще більше зближує магнітні поля постійних і електромагнітів.
Крім форми магнітів, деякі виробники тестують міні-квадрокоптери з різною товщиною магнітів, і виявили, що трохи тонший магніт (і, відповідно, слабше магнітне поле) також може дати помітну різницю в продуктивності.
Повітряний зазор
"Повітряний зазор" в двигуні - це відстань між постійними магнітами і статором. Магнітна сила нелінійно зменшується з відстанню, тому зменшення зазору між ними значно підвищує потужність двигуна. Менший повітряний зазор не тільки робить двигун потужнішим, але й покращує крутний момент і реакцію.
Недоліком збільшення повітряного зазору є збільшення споживаного струму та зниження ефективності. Також є занепокоєння щодо довговічності, якщо дзвін двигуна зазнає будь-якого удару і він зміститься, магніт може зіткнутися зі статором і в підсумку зламатися.
Ламінування статорів
Ламінація - це товщина окремих листів металу, що складаються в статор двигуна. Тонше ламінування дозволяє укладати більше шарів статорних пластин при тій самій висоті статора двигуна.
Загалом, тонші ламінації статора краще впливають на продуктивність електродвигуна. Вони допомагають зменшити явище, відоме як вихровий струм, який генерує тепло в мінливому магнітному середовищі. Більш тонкі шари означають, що менше енергії витрачається на генерацію вихрових струмів, що призводить до ефективніших і потужних двигунів.
C- Clip / Гвинт для валу
Коли справа доходить до кріплення валу двигуна, двигуни FPV дронів використовують один з трьох методів: C-Clip, E-Clip або гвинти. Кожен метод має свій набір переваг і недоліків, тому важко визначити, який з них є найкращим.
Загалом, гвинти легше знімати і вони зручніші для обслуговування, ніж С-Clip або Е-Clip. Однак гвинти мають більший ризик бути надмірно затягнутими, що може заблокувати вал, ускладнити обертання двигуна та є ризик закрутити гвинт в обмотку двигуна, що може призвести до виведення з ладу двигуна.
З іншого боку, були історії про те, що С-Clip вискакували під час польоту, що могло призвести до відриву дзвону двигуна і аварії. Хоча гвинти можуть здаватися безпечнішим варіантом, вони не застраховані від цієї проблеми.
Алюмінієвий сплав
Метал, з якого виготовлений дзвін і основа двигуна, визначає його довговічність. Існує два поширених типи алюмінієвих сплавів, що використовуються в двигунах FPV: 7075 і 6082. Цифри позначають різні серії марок і хімічний склад алюмінієвих сплавів.
Якщо коротко, то 6082 має більшу пластичність і краще піддається формуванню, тоді як 7075 є більш жорстким і краще витримує зіткнення. 6082 використовувався ще до 2016/2017 року, але 7075 є найпоширенішим у сучасних двигунах і вважається міцнішим проти ударів.
Дзвін
Існує два типи дзвонів:
двосекційний та односекційний.
Конструкція дзвону з двох частин включає в себе оброблену верхню алюмінієву частину, з'єднану зі сталевим проставочним кільцем, скріпленим під нею - традиційна і широко використовувана конструкція в двигунах.
Конструкція Unibell має алюмінієвий дзвін, що надягається на сталеве кільце - як тонка захисна оболонка, що оточує його.
Цілісна конструкція дзвону Unibell збільшує вагу двигуна порівняно з двокомпонентним дзвоном, проте підвищує довговічність і зменшує ризик зісковзування дзвону двигуна, що є поширеною проблемою для деяких двокомпонентних конструкцій дзвонів. Двигуни з двокомпонентною конструкцією можуть постраждати від відокремлення контактного кільця від верхньої частини дзвону під час сильного удару, що зробить двигун непридатним для використання. Однак з конструкцією Unibell таке практично не трапляється завдяки великій площі адгезії, яка забезпечує міцне та надійне з'єднання двох компонентів.
Незважаючи на невелику втрату у вазі, додаткова довговічність, яку забезпечує конструкція Unibell, на нашу думку, виправдовує вартість. Зрештою,незначне збільшення ваги призводить до значного підвищення стійкості, а це компроміс, на який варто піти.
Ущільнювальне кільце
Ущільнювальне кільце під внутрішньою частиною дзвона двигуна - чудова деталь, яку варто мати в двигуні.
Ущільнювальне кільце діє як буфер/подушка, поглинаючи частину ударів від фізичних впливів. Це може допомогти зберегти плавність ходу підшипника протягом більш тривалого періоду, що потенційно збільшує термін служби двигуна. Додатковий захист, який забезпечує ущільнювальне кільце, також може зменшити потребу в технічному обслуговуванні та частоту заміни деталей, пропонуючи як економічні, так і практичні переваги для користувачів.
Дизайн нижньої пластини
У дизайні моторної бази існує більш традиційний підхід "закрите дно" і більш сучасний стиль "відкрите дно". Обидва варіанти мають свої плюси і мінуси.
Дизайн "закритого дна" означає міцнішу основу, проте "відкрите дно", як правило, легше за рахунок видалення зайвого матеріалу, економія ваги становить близько 2г.
У двигунів із закритим дном менша ймовірність потрапляння бруду всередину дзвону, всупереч твердженню, що у двигунів з відкритим дном бруд легше вичищається.
З відкритим дном ви можете чітко бачити, наскільки глибоко вкручені гвинти, і у вас менше шансів закоротити обмотку двигуна, якщо гвинти занадто довгі. (Це часто трапляється з початківцями з моторами із закритим дном).
Однак закрите дно забезпечує кращу стійкість у разі ударів.
Посріблені мідні дроти
І срібло, і мідь відомі своєю винятковою провідністю. Але срібло, будучи більшим атомом з більшою кількістю внутрішніх електронних оболонок, дуже слабко утримує свій зовнішній електрон. Це означає, що воно може легше роз'єднувати свої електрони, дозволяючи їм вільніше рухатися по металу, переносячи тепло та електрику. Таким чином, срібло є навіть кращим провідником, ніж мідь.
Наносячи срібло на зовнішню сторону мідного дроту, ви покращуєте його електро- і теплопровідність, що є корисним для двигунів.
Однак посріблені мідні дроти коштують набагато дорожче, ніж звичайні мідні, тому вони не дуже поширені в бюджетних двигунах.
Технологія PoPo
Система "Pop on Pop off" - це вал двигуна з підпружиненим підшипником для швидкого встановлення та зняття пропелерів.
Інші функції
Паяльні ділянки
Інтеграція ESC
Дизайн охолодження
Виробники двигунів постійно експериментують з різними конструкціями та рівнями апаратної інтеграції, що призвело до прогресу в охолодженні і навіть інтеграції ESC всередину двигуна. Особисто я вважаю, що паяльні ділянки на двигуні можуть стати в нагоді, вони дозволяють використовувати більш тонкий дріт, щоб заощадити вагу в менш вимогливих до потужності дронах. Вони також повинні бути легко ремонтопридатними, якщо дроти відірвуться, що часто може означати кінець двигуна звичайної конструкції.
CW та CCW мотори
Ви рідко зустрінете безщіткові двигуни, позначені як CW (за годинниковою стрілкою) і CCW (проти годинникової стрілки).
Це не вказує на напрямок обертання двигуна. Безщіткові двигуни можуть обертатися в будь-якому напрямку. Ця позначка вказує на напрямок різьблення гайки двигуна. Це зроблено для того, щоб під час обертання двигуна крутний момент від пропелера штовхав гайку двигуна до затягування, а не до ослаблення. Це запобігає розхитуванню і відпаданню ваших пропелерів під час польоту. Це означає, що вам знадобиться по дві гайки для 4-х двигунів при стандартній схемі обертання Betaflight.
Спереду зліва: CW
Спереду праворуч: CCW
Задній лівий бік: CCW
Задній правий: CW
Щоб визначити, чи правильно ви ввімкнули різьбовий двигун, просто потримайте гайку на валу, а потім почніть обертати двигун рукою в тому напрямку, в якому він повинен обертатися. Якщо гайка затягується, то у вас правильний двигун :)
Особисто ми радимо мати однакову різьбу на всіх двигунах, щоб не плутатися в різних гайках. Якщо вам потрібно замінити гайку в будівельному магазині, це може бути справжнім головним болем - знайти гайку з різьбою проти годинникової стрілки (або, як кажуть, "гайку з лівою різьбою"). У наш час гайки є контргайками (з гумовим покриттям всередині), вони відносно добре тримаються при затягуванні і не так легко відкручуються.
