Как выбрать двигатель для квадрокоптера
Топ 5 лучших моторов для мини коптеров
Константа скорости (KV)
Константа скорости или постоянная скорость (KV) это очень важный параметр при выборе бесколлекторного мотора для квадрокоптера. Она обозначает теоретическое увеличение оборотов вала мотора без нагрузки при увеличение напряжения на 1 Вольт. Например, если запитать мотор 2300 KV батареей 3S на 12,6В, то вал буде крутиться со скоростью 28980 оборотов в минуту (2300 х 12,6), без лопастей. Но это приблизительная величина и она всегда указана на маркировке мотора.
При установке лопастей на мотор, скорость его вращения, конечно же сократиться, из-за сопротивления воздуха. Чем выше KV, тем быстрее этот электромотор может раскручивать лопасть, но вот низкий KV означает, что у мотора большая тяга. Так что обычно большие лопасти мы ставим на моторы с низким KV, а короткие на большие KV.
Если вы попытаетесь установить на электромотор с высоким KV большие лопасти, то мотор будет пытаться раскрутить их как можно быстрее, будет сжирать много энергии, генерирую при этом излишнее количество тепла. В итоге мотор можно легко спалить.
Суперлегкий — R4 2205 2700KV
Для 6S я пробовал разные моторы от 1600KV до 2600KV, и всё ещё думаю, чем ниже KV, тем легче настроить коптер (1600-200KV).
BrotherHobby R3 2206 1720KV отлично показали себя на моем легком коптере с шестибаночным аккумулятором, плавные и отзывчивые. И очень эффективные! Кое-кто использует их на 7″ коптерах с 4S аккумуляторами и получает отличный результат.
Купить: Banggood | RDQ | Обзор
У BrotherHobby Returner R4 подшипники EZO, благодаря этому он долговечнее более старой версии. Отличный дизайн и выбор материалов, в результате Returner R4 весит всего 25 грамм! Прекрасно подойдет для сверхлегких коптеров.
Размер рамы =gt; Размер лопастей =gt; Размер мотора
Зная размер рамы, мы можем примерно определиться с размером электромотора, который нам нужен. А все это потому, что размер рамы ограничивает размер лопастей, а для каждого размера лопасти и нужно подбирать мотор (скорость вращение, тяга, см. выше). И вот тут как раз вступает значение KV. Вы должны быть уверены, что у мотора будет достаточно тяги, чтобы крутить лопасть, а способность крутить лопасть зависит от размера статора. Короче, больше статор, больше KV, больше потребление тока.
В таблице ниже можно посмотреть зависимость размера рамы, размера лопастей, размера мотора и значения его KV.
Так же важно понимать, что вольтаж оказывает большое влияние на выбор как мотора так и лопастей. При большом вольтаже мотор будет стараться крутиться сильнее и от сюда будет потреблять больше энергии.
Дополнительные факторы, влияющие на эксплуатационные характеристики мотора
При выборе электромотора для квадрокоптера обязательно проверяйте его технические характеристики. Учитывайте все то, что мы обговорили выше. Вот, к примеру, модель Micro Brushless Outrunner 18-11 2000KV.
Предположим, вы уже определились с размером мотора и уже подобрали несколько моделей, из которых и выбираете. Чтобы выбрать лучший мотор, нужно учитывать следующие факторы:
Подумайте, что вы хотите в итоге получить и уже на основе этого делайте окончательный выбор.
Тяга и мощность
Первое, на что смотрят большинство покупателей электромоторов — это тяга. Чем больше тяга, тем больше ускорение, но тут надо еще смотреть на эффективность. Возможно эта тяга будет для вас избыточна, а мощные мотор очень прожорлив и ваша батарея в мгновение ока будет высаживаться в ноль. Если ваш квадрокоптер поглощает большое количество тока при большом ускорении, то ваша батарея должна быть способна выдавать такие показатели, а иначе вам обеспечен перегрев батареи и она еще может вздуться из-за этого.
Но при выборе мотора нельзя ограничиваться только мощностью и тягой. Есть и другие важные параметры.
Вес мотора
Вес мотора очень часто игнорируют неопытные сборщики квадрокоптеров, но это немаловажные фактор. Т.к. моторы устанавливаются по углам рамы, то соответственно они оказывают большое влияние на отзывчивость дрона при управлении. Чем тяжелее мотор тем больше момент инерции квадрокоптера и тем сложнее изменяется угловая скорость в полете.
У самого мотора есть свой момент инерции. И опять, чем тяжелее мотор, тем больше ему самому нужно тяги и времени, чтобы раскрутиться до необходимых оборотов. Все это в итоге выливается в тормознутость аппарата, в его валкость, плохую отзывчивость и не точное управление. Для акробатических полетов и гонок, вес мотора играет одну из ключевых ролей.
Эффективность
Эффективность мотора обычно измеряется в граммах на ват (тяга/мощность). Важно оценивать эффективность на всем диапазоне газа. Некоторые моторы эффективны при низком газе и теряют эффективность, потребляя излишне много энергии при своих максимальных оборотах. Но неэффективный мотор не только сильно съедает и так ограниченную энергию в полете, тем самым сокращая его продолжительность, он также способствует просадкам напряжения. Неэффективный мотор может либо не выдавать необходимой тяги или потреблять излишний ток.
Не все характеристики той или иной модели электромотора производитель официально публикует, и кроме как на собственных тестах их нигде найти не удастся.
Тяга — это на сколько быстро мотор может увеличивать/изменять скорость вращения. Это влияет на точность управления и отзывчивость квадрокоптера во время полета. Большая тяга дает мгновенный отклик, т.к. скорость вращения меняется так же мгновенно. Большая тяга, так же позволяет ставить лопасти побольше (если рама конечно позволяет), правда в ущерб батарее.
Если же ставить тяжелые лопасти на мотор с низкой тягой, то он вообще не будет способен раскрутить их до нужного значения. Но у высокотяговых моторов есть и свой недостаток — это вибрация, которую очень сложно устранить. Из-за повышенной реакции на команды возможны излишние ошибку в управлении и рыскание квадрокоптера
Время отклика — зависит напрямую от тяги, чем ее больше тем лучше отклик. Для оценки времени отклика можно посмотреть на сколько быстро мотор наберет обороты с 0 до максимального значения. И еще время отклика сильно зависит от лопастей.
Температура — магниты в мотора быстрее размагничиваются при высоких температурах, отсюда падение характеристик летательного аппарата. Чем холоднее мотор, тем он дольше проживет.
Вибрация — Если мотор плохо сбалансирован или плохого качества сборки, это приведет к повышенной вибрации во время полета. Поврежденные или несбалансированные лопасти так же ведут к излишней вибрации.
Определяемся с размером мотора
2204 и 2205 отлично подойдут для сверхлегких коптеров (сухой вес, без аккумулятора менее 250 грамм), но их мощности не хватит для вращения больших и тяжелых винтов.
2206 и 2305 я бы отнес к той же категории, т.к. размер статора почти такой же. Их можно использовать в более тяжелых моделях на 4S: 250 — 300 грамм. Моторы этих размеров очень часто ставят в модели с 5 и 6 баночными аккумуляторами (если они поддерживают такое напряжение).
2306 и 2207 подойдут для совершенно разных пропов и для более тяжелых моделей (более трехсот грамм без аккумулятора). В общем и целом, 2207 обычно более мощные и имеют более линейную кривую газа, а 2306 — более плавные и больше подходят для фристайла (смотри подробное сравнение 2207 и 2306).
Кто-то ставит даже 1407 на сверхлегкие 5″ коптеры. Лично я считаю, что это не очень хорошая идея, т.к. у них не хватает крутящего момента для 5″ пропов, лучше использовать легкие 4″.
Важно понимать, что кроме размера мотора и KV есть и другие критерии выбора.
Летные качества также определяются и качеством мотора и его дизайном (расстояние между ротором и статором, сила магнитов, толщиной пластин статора, обмотками и т.д.). Два мотора одного размера, но от разных производителей скорее всего будет иметь разные характеристики.
Мотор с каким KV мне подойдет?
Обычно у каждого мотора для 5″ винтов есть 2-3 разновидности с разным KV, от 2300 до 2600 kv. С моей точки зрения, отличие только в числе витков статора. Остальное железо должно быть тем же самым.
Ответ на вопрос — это всего лишь личные предпочтения и размер винта. Лично я для фристайла предпочитаю использовать 2300kv-2500kv моторы с 5″ винтами, но знаю несколько серьезных FPV гонщиков, которые выбирают моторы 2600kv для своих коптеров с 5″ винтами. Если вы знаете, что делаете, а потребляемый ток не убьет электронику и аккумуляторы — то можно использовать любые моторы.
Увеличение kv не сделает из вас более быстрого пилота, на некоторых гонках самые быстрые круги были пройдены на моторах с 2300kv. Нужно просто настроить всё правильно, подобрать подходящие винты, удерживать вес коптера на оптимальном значении и т.д.
Топовые моторы прошлого
За эти моторы голосовали в прошлом. В плане характеристик они все еще довольно хороши и их тоже стоить учесть при сборке коптера.
RCX RS2206 v3
Новая редакция V3 практически идентична V2, за исключением формы колокола, препятствующей соскальзыванию магнитов.
Некоторые другие особенности моторов для квадрокоптеров
Так много переменных, которые могут повлиять на итоговые характеристики мотора. К примеру, моторы с одним и тем же размером статора, одинаковым KV имеют разную тягу и потребление тока при одинаковых лопастях. И все это из-за различий в конструкции (разные магниты, обмотка, корпус, вал и т.п.). Следующие особенности могут неким образом повлиять на эксплуатационные качества электромотора и даже могут изменить его характеристики.
Полый вал
Это позволяет использовать более прочные и тяжелые металлы или наоборот понижает вес мотора.
Типы магнитов
Магниты, которые устанавливаются в бесколлекторные электромоторы обозначаются как N52, N54 и т.д. Чем выше число, тем больше сила магнитного поля и тем больше тяга и лучше отзывчивость мотора.
Толщина статора
Чем тоньше, тем лучше, тем больше мощности, меньше генерируется тепла и лучше эффективность.
Толщина проволоки в обмотке вокруг статора играет большую роль. Толстая обмотка обладает меньшим сопротивлением, что позволяет пропускать больше тока. А тонкая обмотка приводит к меньшей пропускной способности и большему сопротивлению. Однако толстая обмотка требует больше места, что означает меньшее количество витков и от сюда меньше противоэлектродвижущая сила (оборотная ЭДС).
Воздушный зазор
Это расстояние между постоянными магнитами и статором. Магнитное поле уменьшается нелинейно с расстоянием и сократив его можно заметно увеличить мощность мотора. Но меньший зазор дает не только больше мощности и энергоэффективности, но и улучшает тягу и отзывчивость.
Электромоторы с дугообразными магнитами лучше, их можно расположить ближе к статору и они сплошные, без пропусков.
Обмотка в моторе определяет его мощность и потребление тока. Меньше обмотка = меньше сопротивление = больше тока может пройти = больше частота оборотов. Вот почему моторы с большим значением KV имеют обмотку в статоре меньше.
Но у этого есть и обратная сторона. При меньшей обмотке у нас будет меньше сила магнитного поля и от сюда меньше тяги. И еще, чем больше проходит тока через обмотку, тем больше она нагревается и тем меньше общая эффективность.
Чтобы найти компромисс производители пошли путем увеличения обмотки за счет использования толстой медной проволоки. Это уменьшит сопротивление в обмотке, увеличит мощность без ущерба в скорости и тяге. А чем больше сечение проволоки, тем больше может пройти тока без чрезмерного нагрева.
Но вот чем толще проволока и больше обмотка, тем тяжелее сам мотор. Кроме того, обмотка занимает в корпусе мотора уже много места. И вот поэтому мощные моторы должны быть большими.
Для крепление колокола мотора на месте используется несколько типов фиксаторов: C-clip, E-clip и болт. У каждого типа есть свои плюсы и минусы и точно сказать какой из них лучший я затрудняюсь.
Вообще, крепление на болту более удобно для последующего обслуживания мотора, колокол гораздо легче снять и потом снова одеть. Но тут есть риск перетянуть болт и заклинить его в валу, что может привести к затруднению при вращении. Бывали случаи когда болт самораскручивался и колокол улетал. Но и C-clip тоже страдает от подобных проблем самопроизвольного расцепления.
Классический корпус электромотора предполагает полностью закрытую конструкцию. Но сейчас замечена тенденция на открытый низ. И тут и там есть свои положительные и отрицательные моменты.
Закрытый (слева) и открытый (справа) низ электромотора
Конструкция с закрытым низом предполагает большую прочность, а вот открытый низ — меньше веса, легкость. Открытый мотор легче чистить от грязи, в отличии от закрытого, в котором грязь может набиваться со временем, мешая ему работать.
С открытым мотором лучше видно как сильно затягивать болты при его креплении на раму. А то бывали случаи когда их перетягивали или болты были слишком длинными и ими повреждали обмотку.
Итак, теперь вы знаете основы работы и из чего он состоит, теперь узнаем, как выбрать мотор для дрона.
Первое, что вы должны выбрать, это размер двигателя, который вы будете использовать. К счастью, большинство производителей в нашем хобби установили стандартную схему именования своих двигателей. Обычно это 4-значное число, которое выглядит примерно как «2205». Первые две цифры этого числа — это диаметр (в мм) статора, а второй — это высота (также в мм).
Вот общие размеры двигателей для квадрокоптеров:
Как правильно подобрать двигатель для квадрокоптера?
Доброго времени суток, дорогой читатель. Сегодня мы поговорим о том, что поднимет твой летательный аппарат на новые высоты… ну или хоть на какие-то. Речь пойдёт об электромоторах. Я расскажу тебе о том, как выбрать двигатель для квадрокоптера твоей мечты, и о многих других нюансах, связанных с этой темой. Поехали!
Коллекторные vs бесколлекторные
Первым, с чем ты столкнёшься при выборе будут эти два термина. Это две разных реализации двигателей. Главное отличие – расположение обмотки.
Спонтанный ликбез:
Статор – неподвижная (статичная) часть движка.
Ротор – вращающаяся (rotation) часть.
Коллекторные
Обладает щеточно-коллекторным узлом. Коллектор, это набор контактов (обмоток), расположенных на роторе, и щётка – скользящий контакт, расположенный на статоре. Как раз наличие этой щётки и убавляет ресурс коллекторного мотора, ибо создаёт трение. Двигатель начинает вращаться при подаче на него постоянного тока, а направление вращения зависит от полярности оного. Плавно разгоняются и замедляются.
Бесколлекторные (бесщёточного типа)
Состоит из ротора с постоянными магнитами и статора, с обмотками. Изменение направления вращения осуществляется изменением полярности (Нужно поменять два провода из трёх). Разгон и замедление происходят очень быстро (рывком). Имеют разное количество полюсов. Чем их больше, тем медленнее, но с большим усилием, вращается ротор.
Тут есть нюанс. Устройство двигателя бесколлекторного типа может отличаться.
Характеристики двигателя
Мощность (потребляемая)
Измеряется в ваттах. Чем больше мощность, тем быстрее кончится батарея. Тут всё просто
Чем больше вес, тем мощнее и медленнее (обычно). Важно помнить, что вес самого движка нужно учитывать при расчёте веса, который он должен поднять.
Энергоэффективность (КПД)
Комплексное понятие, которое зависит ещё и от батареи, контроллера, пропеллера, и даже проводов. Тут подробно останавливаться не буду- чем выше, тем лучше. Двигатель с КПД 70% тратит 70% потреблённой энергии на полёт, а 30% на обогрев окружающей среды и приближение тепловой смерти вселенной. Для бесколлекторных нормой является 90%, а для коллекторных 70%.
Температура нагрева в работе
Как ты уже понял- напрямую зависит от КПД. Чем больше греется, тем больше тратит энергии впустую.
Балансировка и уровень вибрации
По сути, это качество исполнения. Есть такая вещь как допуск. Этот те пределы, в которых отклонение от идеала не считается проблемой. Чем выше точность изготовления, тем более соосной будет система, и тем меньше будет вибраций. Иногда лучше не брать самое дешёвое.
Вибрация в двигателе ускоряет его износ, износ прочих деталей, раскручивает винтики и шумит. Неприятное явление.
Тяга, она же подъёмная сила. Это тот вес, который может поднять двигатель (включая самого себя). Но это не значит, что для двухкилограммового квадрокоптера нужно четыре двигателя. Нужен запас тяги, нужно учесть помехи, и банальную не идеальность моторов.
Формула будет примерно следующей.
Тяга одного мотора = (вес коптера * 2)/ кол-во движков
В итоге, для квадрокоптера весом 1 кг нужно 4 двигателя с тягой 500 грамм.
Это достаточно сложный параметр – обороты на вольт без нагрузки. То есть если мы имеем моторчик в 1000 kv, то при подключении его к источнику тока с напряжением 12 вольт, он выдаст 12 000 оборотов в минуту (KV*U). Однако, это всё крайне теоретически.
На практике есть нагрузка, которую создаёт пропеллер, и создаваемое им сопротивление воздуха. Из этого следует, что обороты будут ниже, или их не будет вообще, так как от КВ зависит крутящий момент. Чем выше параметр КВ, тем меньшее усилие развивает электродвигатель.
Для понимания процесса (грубый пример).
Так как электродвигатель работает из-за перемены полярности электромагнитов с определённой частотой, то кв, по сути, характеризует частоту, с которой изменяется полярность магнитов, к которым притягивается постоянный магнит. для простоты примем, что постоянный магнит на роторе. Если всё идёт по плану, то ротор проходит путь от одного переменного магнита до другого, после полярность меняется, и он идёт дальше.
Если слишком часто менять полярность, или увеличивать нагрузку, то ротор просто не успеет разогнаться и преодолеть нужный путь, и его начнёт притягивать обратно, или же он вообще не сдвинется с места. Это похоже на пробуксовку колеса авто на льду. Чем выше скорость вращения и вес авто, тем больше оно будет проскальзывать, и меньшее усилие развивать.
В итоге, никто не знает сколько нужно, ибо параметр не поддаётся простому определению. Можно просто ориентироваться на следующие цифры. Лёгкий гоночный коптер с маленькими пропеллерами имеет KV 2100—2500, а для тяжёлых, многокилограммовых аппаратов нужно брать что-то в районе 200-900 KV.
Как правильно выбрать
Есть несколько основных параметров, исходя из которых придётся выбирать. О них ниже. Прежде всего, советую перейти на сайт калькулятора Ecalc, и ознакомиться с калькулятором. Он позволит как подобрать примерную комплектацию коптера, так и рассчитать полётных характеристики уже готовой сборки. Расчёт моторов стоит начать именно с него.
Общий вес и необходимая тяга
Это пункт планировки, и возможно важнейшие характеристики. Нужно чётко понимать – сколько будет весить квадрокоптер. В общий вес идёт всё, включая пропеллеры, провода и полезную нагрузку. Исходя из формулы расчёта тяги, для достижения хороших полётных характеристик, двигатели твоего коптера должны поднимать его вес, помноженный на два.
Размер рамы и пропеллера
От размера и конфигурации рамы зависит то, сколько двигателей тебе придётся поставить, и на сколько большую диагональ пропеллеров ты сможешь использовать. Сейчас не буду вдаваться в подробности конфигурации, и рассказывать о том, как правильно подобрать раму. Просто напомню, что это ответственный узел, и на нём будет держаться всё, в том числе и тяжёлые, вибрирующие двигатели.
Запомни три простых правила.
От размера лопастей зависит поведение дрона в воздухе. Большая диагональ даст большую подъёмную силу и устойчивость, в ущерб маневренности, и наоборот. Здесь надо отталкиваться от своей цели. Так же нужно учитывать то, что пропеллер создаёт нагрузку на двигатель. Обычно рекомендованный размер будет указан в спецификации.
Питание
Рекомендуемый аккумулятор тоже можно подсмотреть в спецификации. Обычная банка имеет номинальное напряжение 3.7в. При последовательном соединении суммируется напряжение, а при параллельном – ёмкость (она же время полёта). Это значит, что если ты видишь рекомендованный аккумулятор 2-3S Li-po (7,4-11,1V), то тебе потребуется два, или три последовательно соединённых литий-полимерных аккумулятора и соответствующая плата питания. В этом диапазоне всё будет работать (конечно, чем меньше- тем слабее). Параллельно можно суммировать только одинаковые блоки, но зато сколько душе угодно.
Маркировка двигателей для квадрокоптеров
На самом деле стандарта нет. Каждый лепит на свою продукцию что захочет. К счастью, есть общепринятые нормы, которые соблюдает большинство.
Первая буква отражает качество изготовления.
Первые четыре цифры, это параметры магнитопровода. Первые две –диаметр, вторые две –толщина набора. Они, на самом деле тебе не очень нужны. Не заморачивайся. Их тебе нужно знать в основном для того, чтобы понимать следующий параметр.
Спонтанный ликбез: Магнитопровод, это та часть двигателя или трансформатора, на которую намотана обмотка. Он набирается из пластин.
Количество витков
От количества витков зависит толщина провода, при равных параметрах магнитопровода. На один и тот же магнитопровод можно намотать 13 или 15 витков (к примеру). Чем больше витков, тем меньше диаметр сечения провода и выше внутреннее сопротивление. Отсюда, при равном питающем напряжении, при большем количестве витков, ток и обороты будут ниже. Это подтверждается параметром KV. Для бесщёточного двигателя с 15 витками оно будет ниже, чем у того же мотора, но с 13 витками.
Последняя буква – вид трёхфазного подключения – звезда или треугольник (Y/* или T/Δ соответственно). Снова не буду грузить электроникой, да и в случае с квадрокоптерами подключение не так важно.
Возьмём для разбора такую маркировку A2212/15T.
22 – магнитопровод диаметром 22мм
12 — толщина набора 12мм
15 – 15 витков
А – Ширпотреб для бюджетных аппаратов
Т – (иногда заменяют на Δ) намотка типа дельта (треугольником)
Особенности моторов
CW и CCW
Это направления вращения, на которые рассчитан мотор. CW – по часовой стрелке, CCW – против. На самом деле направление вращения всегда можно изменить без потерь. Этот параметр скорее относится к креплению. При вращении в неправильную сторону мотор может разбалтываться, из-за особенностей крепления, или, если пропеллер фиксируется на резьбовом соединении, он будет откручиваться.
Тип магнитов
Мощность двигателей, и их кпд во многом зависят от силы постоянных магнитов ротора. Можно брать исключительно неодимовые магниты. Это, в основном, касается покупок из Китая, где могут подсунуть с виду работающий, но слабенький агрегат.
Кстати, важно, что неодим является крайне хрупким материалом, который плохо переживает удары. Ронять его не стоит, ибо могут появиться микротрещины, которые приведут к потере мощности.
Полый вал
Особым понтом считается полый вал двигателя. Если есть возможность, то стоит брать именно такой. Он совершенно не уступает по прочности цельному валу, так как центральная часть не нагружено, но немного экономит вес.
Шплинты и пружинные стопорные шайбы E clips, C clips
Из-за вибраций, создаваемых моторами и пропеллерами, винтики могут откручиваться или ослабевать. Это серьёзная проблема, ибо конструкция всегда должна быть жёсткой. Решается проблема использованием шплинтов или стопорных шайб.
Шплинт – вариант не самый лучший. Только для того, чтобы что-нибудь не отвалилось. Винтики им укрепить не получится.
Пружинная шайба – По сути, это небольшая пружинка, которая распирает болт в резьбе, тем самым делает его выкручивание проблематичным. Это отличный вариант для крепления любых узлов к раме, однако использовать его имеет смысл только если под шайбой имеется твёрдая поверхность (мягкий пластик не в счёт)
Дроны беспилотники, это достаточно сложный и точный механизм, который требует тщательного подхода к выбору комплектующих. Надеюсь, после прочтения этой статьи тебе стало понятно чуть больше о движущей силе твоего летательного аппарата.
И как всегда, банальное, но очень важное напутствие – думай, прежде чем делать. Даже куча потраченных денег на самое лучшее оборудование не гарантирует то, что оно будет работать хорошо. Отталкивайся от того, что нужно именно тебе. Читай, узнавай, анализируй.
Если остались вопросы — задавай в комментариях на сайте. Мы постараемся на них ответить. И самое главное, без чего твой коптер точно не полетит. Подписывайся на наши группы в социалках, и делись записями с друзьями (кнопки для этого ты найдёшь внизу). Удачи, пилот, до новых встреч!