Повний посібник з дронових двигунів: типи, тривалість життя, вибір та поширені запитання

 

Це перше питання, з якими стикаються багато початківців, коли вони контактують з безпілотниками: "Чи використовує двигун безпілотника змінного струму чи постійного струму?" На перший погляд, це звучить як основне електричне питання, але воно передбачає комбінацію структури двигуна, типу живлення та методу управління .

 

Швидка відповідь: Більшість безпілотників використовують двигуни постійного струму

Точніше, більшість дронів використовують безчесні двигуни постійного струму (BLDC коротко) . вони живлять від літієвих акумуляторів, які виводять напругу постійного струму .і електронний контролер швидкості (ESC) керує порядок, в якому трифазні котушки двигуна під напругою, щоб керувати обертанням двигуна .

 

Під час роботи ESC перетворює постійний струм у трифазні сигнали, подібні до змінного струму, зазвичай синусоїдальної або прямокутної форми, для керування двигуном, це не означає, що двигун по суті є системою змінного струму. Його основна система живлення та керування все ще базується на логіці постійного струму.

 

Чому б не звичайний двигун змінного струму?

Безпілотники працюють на батареї, тому немає живлення змінного струму .

 

Двигуни змінного струму об'ємніші, важче контролювати та непридатні для легких безпілотників;

 

DC Motors реагують швидше, полегшуючи швидке регулювання швидкості та контрольного ставлення до польоту .

 

Отже, від адаптації енергії до відповіді контролю, двигуни постійного струму є найкращим вибором для систем живлення БПЛА .

 

В системах безпілотників,Мотори можна розділити на дві категорії: матові двигуни постійного струму та безщільні двигуни постійного струму (BLDC) . Незважаючи на подібні імена, вони значно відрізняються за структурою, продуктивністю та додатком .

 

Матовий двигун: проста структура, але поступово усувається

Матчики двигунів використовують вуглецеві щітки та комутатори для переключення напрямку струму . У них є прості методи управління та низькі витрати . Вони в основному використовуються в деяких низьких витратах, низьких навантажених дронів або моделей іграшок . Ключова вигода-це проста операція плагін та ігри .. Типові тривалість життя коливань від 1, 000 до 3, 000 годин або термін служби близько 1 року .

 

Безщівний двигун: більш ефективний та основний вибір

Безчесний двигун усуває структуру механічної комутації і керується електронним контролером швидкості (ESC), тому він має такі переваги:

Немає механічного зносу, довший термін служби;

 

Швидше реакція на швидкість та більш точний контроль польоту;

 

Висока ефективність, менше тепла та кращі показники роботи акумулятора;

 

Низький шум, що робить їх ідеальними для таких додатків, як аерофотозйомка .

 

На сьогоднішній день від споживчих дронів до промислових платформ, безчесні двигуни стали абсолютним мейнстрімом, особливо придатним для сценаріїв з високими навантаженнями, часті польотами та високими вимогами до стабільності .

 

Термін служби двигуна безпосередньо пов'язаний з довгостроковою стабільністю та вартістю обслуговування дрона. Особливо в комерційних або високочастотних сценаріях польотів, довговічність двигуна є одним з ключових моментів, на які необхідно звертати увагу під час вибору моделі.

 

Матовий двигун: коротке життя, підходить для одноразового або легкого використання

Завдяки безперервному тертях між вуглецевими щітками та комутатором, матовий двигун поступово зношується під час роботи, що призведе до зниження ефективності, підвищення генерації тепла та в кінцевому рахунку деградація продуктивності . загалом кажучи:

Термін служби становить близько 1000 ~ 3000 годин;

 

Якщо ви часто летите, вам зазвичай потрібно замінити його приблизно через рік;

 

Підходить для недорогих дронів або нечасто використовуваного навчального/розважального обладнання .

 

Безщівний двигун: довше життя і стабільніший

Безчесний двигун усуває структуру фізичного тертя, і його знос в основному зосереджений у підшипничій частині, тому загальне життя довше .Якщо використовується належним чином та проводиться основне обслуговування (наприклад, гідроізоляція, пишно -захисна та регулярна очищення):

Термін служби може сягати понад 5000 годин, навіть значно перевищуючи термін служби акумулятора та стійки;

Він також може підтримувати хорошу ефективність та швидкість реагування при тривалій експлуатації;

Він особливо підходить для платформ БПЛА, які потребують високої надійності, таких як аерофотозйомка, сільське господарство та інспекція.

 

Звичайно, незалежно від мотору, на його життя також впливає такі фактори:

Більш високе навантаження та часті польоти прискорюють знос двигуна .

 

Погане розсіювання тепла: безперервні високі температури прискорюють знос підшипника;

 

Рівень захисту: чи має двигун водонепроникну та пилостійку структуру, пов'язаний з її стійкістю до навколишнього середовища .

 

Це питання може здатися простим, але воно насправді тісно пов'язане зі структурою безпілотника . Кількість двигунів визначає стабільність польоту, здатність навантаження та контроль усього безпілотника .

 

Мульти-роторні безпілотники: квадрокоптери-це мейнстрім

Найпоширенішими споживчими та комерційними безпілотниками є майже всі мульти-роторні конструкції, які поділяються на такі категорії відповідно до кількості двигунів:

Назва моделі	Кількість двигунів	Функції та програми
Квадрокоптер	4	Найпоширеніший, підходить для аерофотозйомки, перехрестя та щоденного польоту
Шестикутник	6	Поліпшена вантажопідйомність та надмірність для промислового/сільськогосподарського використання
Восьмигранник	8	Висока навантаження, підвищена толерантність до несправностей, використовується для професійної повітряної фотографії та опитування
Три-ротор / близнюк-ротор	2~3	В основному спостерігається у фіксованому або гібридному безпілотнику

 

Взагалі кажучи, кожен ротор вимагає двигуна . Чим більше роторів, тим складніша буде система управління, але стабільність польоту та ємність перенесення також будуть покращені .

 

Безпілотники з фіксованим крилом: 1 ~ 2 двигуни

На відміну від мульти-роторних безпілотників, безпілотники з фіксованим крилом зазвичай використовують лише один головний двигун руху (іноді з хвостом/вертикальним зльотом та двигуном посадки), який підходить для польоту на великі відстані та більш тривалої витривалості, але має більш високі вимоги до зльоту та посадкового простору .

 

Майже кожен, хто використовував безпілотник, мав цей досвід: як тільки починається двигун, весь літак негайно випромінює високочастотний звук "гуде", особливо під час зльоту та прискорення ., то чому двигун безпілотника такий голос? Ключ до проблеми - це не сам двигун .

 

Справжнє "джерело шуму" - це гвинт

Основним джерелом шуму в безпілотниках є повітряна турбулентність та аеродинамічне перетягування, викликане швидким спінінг-гвинтами під час високошвидкісного обертання, а не електромагнітним або механічним шумом двигуна ., зокрема:

Чим вище швидкість, тим сильніше порушення повітря і чим голосніший шум;

 

Чим більший гвинт і чим крутіший крок, тим помітніший звук зсуву вітру;

 

Під час польоту з великою швидкістю або з великим навантаженням двигун повинен виводити крутний момент виводити з великою швидкістю, внаслідок чого шум збільшується подальше .

 

Сама структура двигуна також впливає на шум, але вона менша

Безчесні двигуни, як правило, тихіші, ніж матові двигуни, оскільки вони не мають тертя вуглецевої щітки;

 

Метод управління також актуальний ., наприклад, управління квадратною хвилею, як правило, генерує більш високочастотний шум, ніж синусої хвилі FOC .

 

Але в цілому, сам двигун припадає лише на невелику частину джерела шуму .

 

Пропозиції щодо зменшення шуму

Виберіть більш спокійну конструкцію гвинта (E . g . вигнутий наконечник гвинта, лопатки, що зменшують шум);

 

Намагайтеся уникати довгострокових польотів повного навантаження;

 

Використання високоякісних двигунів та синусох хвиль може додатково зменшити шум системи .

 

Вибір правильного двигуна є передумовою для забезпечення стабільного, безпечного та ефективного польоту дрона. Особливо на самостійно зібраних або налаштованих льотних платформах, вибір двигунів має поєднуватися з кількома параметрами, а не лише «дивитися на потужність».

 

1. Загальна важлива вага

Моторна тяга повинна бути достатньою для подолання ваги всієї машини, включаючи наступне:

Літак

 

Акумулятор

 

Контролери, GPS, датчики та інші електронні системи

 

Корисна навантаження (e . g . камера, система розпилення)

 

Загально рекомендоване співвідношення тяги до ваги становить від 2: 1 до 3: 1, тобто:

 

Для безпілотника 2 кг кожен двигун повинен ідеально доставляти 1–1 . 5 кг тяги.

 

У квадрокоптері кожен двигун повинен забезпечити щонайменше 500 г стабільної тяги .

 

2. Розмір кадру визначає комбінацію гвинта та двигуна

Двигун не працює в ізоляції-він повинен бути поєднаний з правильним розміром гвинта . Розмір гвинтів обмежений колісною базою та довжиною руки рамки безпілотника .

Великі гвинти (наприклад, ті, що перевищують 12 дюймів) підходять для двигунів з низьким рівнем кВ, які підходять для аерофотозйомки та навантажувальних завдань;

 

Невеликі гвинти (наприклад, 5- дюйм і 6- дюйм) підходять для двигунів високого kv і підходять для перегонів або швидких маневрів .

 

Чим більша структура кадру, тим більший розмір двигуна і чим більша здатність до розсіювання тепла, яка може бути використана, але вага всієї машини також збільшиться відповідно .

 

3. Інші параметри: напруга, струм та сумісність ESC

Номінальна напруга двигуна повинна відповідати акумулятору (наприклад, акумулятор 6S може бути адаптований до двигуна, який підтримує 22 . 2v напруги).

 

Максимальний струм впливає на вибір ESC, і 20-30% маржа повинна бути зарезервована;

 

Якщо він використовується з високоефективними ESC (наприклад, FOCS), рекомендується вибирати двигуни з низьким та середнім кВ із швидкою реакцією та стабільним крутним моментом .

 

При покупці або порівнянні дронових двигунів часто згадується параметр "kv значення" . Багато людей думають, що чим вище KV, тим сильніший двигун і тим швидше він буде літати, але це не так .

 

Що таке значення KV?

Значення KV посилається на швидкість, яку двигун може генерувати в умовах без навантаження на кожну застосовану напругу 1В (у RPM/V) ., наприклад

 

Він відображає характеристики швидкості двигуна, а не загальна якість .

 

Більш високе значення KV ≠ кращий двигун

Високий двигун KV: швидка швидкість, але низький крутний момент, підходить для світлого навантаження, короткочасного високошвидкісного польоту (наприклад, гоночних безпілотників);

 

Низький двигун KV: повільна швидкість, але високий крутний момент, більш підходить для застосувань з великими навантаженнями та високими вимогами до стабільного польоту (наприклад, аерофотозйомки та сільськогосподарських безпілотників);

 

Крім того, значення KV також впливає на тип гвинтів, які ви можете використовувати:

Двигуни з високим вмістом кВ, як правило, поєднуються з короткими гвинтами;

 

Низькі двигуни KV підходять для великих гвинтів, що допомагає підвищити тягу та ефективність .

 

Як визначити відповідний діапазон KV?

Це залежить від декількох факторів:

Напруга акумулятора: чим вище напруга, тим вище фактична швидкість та значення KV повинні бути належним чином зменшені;

 

Розмір леза: великі лопатки з низьким КВ, маленькі лопатки з високим КВ;

 

Польотна місія: Якщо вам потрібна маневреність, виберіть високий КВ; Якщо вам потрібна стабільність і витривалість, виберіть низький KV .

 

Зіткнувшись із найрізноманітнішими двигунами на ринку, у багатьох людей виникає це питання: яке з них я повинен вибрати? Чи є загальний "найкращий" двигун? Насправді, у галузі безпілотників, немає абсолютно "найкращого" двигуна, лише той, який найкраще відповідає вашим потребам польоту, структурним умовам та бюджету .

 

Перша основа для вибору двигуна: вага машини

Більш важкі безпілотники потребують більш потужних двигунів, щоб плавно зняти та підтримувати стабільний польоти ., що включає не тільки вагу самої рами, але й вагу акумулятора, система управління польотом, гвинти та корисне навантаження (наприклад, камери, розпилення) тощо .}}}

 

Після визначення загальної ваги може бути виведена загальна тяга, необхідна мотором, а потім діапазон тяги, який повинен був бути обчислений на основі кількості осей .

 

Наприклад:

Для квадрокоптера з загальною вагою 4 кг рекомендується, щоб тяга кожного двигуна була щонайменше 1 .} 5 кг ~ 2 кг, залишаючи трохи надмірності для забезпечення стабільного польоту.

 

Друга основа: розмір стійки

Розмір рами безпілотника визначає довжину гвинтів, які ви можете використовувати, що, в свою чергу, безпосередньо впливає на вибір двигуна:

Більші рамки можуть бути поєднані з великими гвинтами + двигуном низького кВ для підвищення ефективності та стабільності;

 

Менший кадр обмежує довжину леза і потрібно відповідати високим двигуном KV, щоб збільшити швидкість, щоб компенсувати тягу .

 

Іншими словами, двигун, гвинти та кадр пов'язані між собою і не можна розглядати окремо .

 

Третя основа: польотна місія

Різні сценарії місії мають різні вимоги до роботи для двигунів:

Для таких завдань, як аерофотозйомка та огляд, стабільність, низька шуму та ефективність витривалості двигуна є важливішими;

 

Перегони, літаючі безпілотники та інші сцени потребують прискорення, швидкості реакції та вибухонебезпечної потужності двигуна;

 

Платформи, такі як сільське господарство та логістика, потребують двигунів з низьким KV, високим крутним моментом та високою ємністю навантаження .

 

Якщо ви шукаєте високопродуктивні, стабільні та надійні рішення для двигунів різних типів дронів, VSD пропонує кілька моделей безщіткових двигунів із зовнішнім ротором, що охоплюють широкий спектр потреб застосування: від легких дронів для польотів по пересіченій місцевості до важких аерофотозйомок та сільськогосподарських платформ.

 

VSD Hot-продажу моторних моделей з першого погляду:

модель	Діапазон значень KV	Рекомендоване використання	Максимальна тяга
5315 дроновий двигун	380 кВ	Платформа повітряної фотографії промислового класу/мульти-роторна логістична платформа	9034g
4720 мотор безпілотників	420 кВ	Сільськогосподарські безпілотники/інспекційні безпілотники	7232g
3115 мотор безпілотників	900–1520 кВ	Обстеження середнього розміру, аерофотозйомка та платформа польоту, що несе в собі	4185g
2808 дроновий двигун	1300–1950 кВ	Аерофотозйомка середнього навантаження та навчальні літаки	2910g
2812 дроновий двигун	900 кВ	Мульти-ротор на витривалість, стабільна польотна платформа	2710g
2807 мотор безпілотників	1350–1750 кВ	Гнучка мультиосі-платформа, екологічна перевірка	2728g
2306 Дроновий двигун	1800–2400 кВ	Близькі безпілотники, гоночні безпілотники	1683g
2207 мотор безпілотників	1960 кВ	Легкий FPV, літак початкового рівня	1702g

 

Чому вибирати двигуни VSD?

Різноманітні параметри налаштування КВ, які відповідають різним платформам напруги (3s ~ 12s)

 

Повні дані тестових даних та звіт про продуктивність для кожного двигуна

 

Перед тим, як залишити фабрику, він пройшов статичне тестування + тестування на тягу + перевірка високої температури старіння

 

Може надати пропозиції щодо відповідності ESC, адаптацію гвинта, послуги OEM/ODM

 

Потрібні детальні специфікації чи технічні поради? Не соромтеся зв'язуватися з нами для посібників з продуктів, зразків або технічної консультації . Ми також підтримуємо проектну співпрацю .