Что означает бесколлекторный двигатель

Преимущества бесколлекторных двигателей

Чтобы лучше понять, что такое бесколлекторные двигатели и как они работают, нам нужно взглянуть на их классических предшественников коллекторные двигатели. Двигатели постоянного тока существуют уже более ста лет и долгое время считались стандартной технологией двигателей. Несмотря на развитие бесколлекторных двигателей, коллекторные двигатели остаются актуальными до сегодняшнего дня, особенно для недорогих применений.

Бесколлекторные двигатели были впервые разработаны в 1960-х годах и считались более эффективной альтернативой коллекторным двигателям. В настоящее время бесколлекторные двигатели можно найти в высококлассных приложениях и устройствах, таких как компьютерные жесткие диски, электромобили и DVD-плееры. Они особенно предпочтительны для устройств с батарейным питанием, таких как беспроводные инструменты, из-за их повышенной эффективности, что приводит к более длительным циклам работы батареи.

Бесколлекторные двигатели имеют роторы и статоры. Как следует из их названий, ротор-это компонент двигателя, который вращается, в то время как статор-это компонент, который остается неподвижным. В коллекторном двигателе ротор расположен в центре двигателя, окруженный статором, который имеет пару магнитов с противоположной полярностью.

Вращение ротора коллекторного двигателя приводится в движение изменяющимся магнитным полем. Это изменяющееся магнитное поле становится возможным благодаря коллектору со щетками, которые входят в контакт с источником тока при вращении центрального вала.

Бесколлекторные двигатели используют совершенно иной подход к созданию изменяющегося магнитного поля. Вместо центрального ротора ротор бесколллекторного двигателя фактически окружает статор. В этом случае ротор имеет постоянный набор магнитов, который реагирует на изменение магнитного поля статора.

Статор бесколлекторного мотора может состоять из 6 или более пар электрических катушек, каждая из которых способна генерировать собственное магнитное поле. По мере вращения ротора магнитное поле каждой катушки изменяется поочередно, что еще больше стимулирует вращение ротора. Регулирование тока в каждой электрической катушке осуществляется с помощью электронного регулятора скорости (ESC), так называемого потому, что он способен контролировать пропускную способность всего двигателя.

На поверхности легко отличить коллекторный двигатель от его бесколлекторного аналога. Коллекторные двигатели имеют более длинную и цилиндрическую форму из-за увеличенной массы. Они также часто имеют вентиляционные отверстия, так как постоянный контакт щеток через некоторое время генерирует тепло. Из них торчат два провода, которые соединяются с положительными и отрицательными клеммами источника питания.

Бесколлекторные двигатели короче и компактнее. Они имеют меньше движущихся частей, а бесконтактная технология означает, что она генерирует меньше тепла из-за трения. Бесколлекторные двигатели обычно имеют три или более проводов, выступающих из них, и они обычно подключаются к ЭКУ.

В настоящее время бесколлекторные двигатели можно найти в большинстве современных электронных устройств. Они используются в промышленных приложениях, таких как самолеты, медицинские приборы, производственное оборудование и инструменты, а также робототехника. В потребительских товарах их можно найти в электрических скутерах, беспроводных дрелях, DVD-плеерах, пылесосах и стиральных машинах. Несмотря на сохраняющуюся популярность коллекторных моторов, нетрудно представить, что это часть технологии, которая в конечном итоге будет считаться устаревшей.

Преимущества бесколлекторных двигателей

1. Меньше обслуживания

Коллекторные двигатели печально известны тем, что имеют детали, которые через некоторое время изнашиваются, требуя частого демонтажа и замены деталей. Это связано с тем, что щетки коммутатора должны поддерживать почти постоянный контакт с клеммами источника питания, даже когда коммутатор быстро вращается. Когда щетки изнашиваются и больше не могут поддерживать контакт, коллекторный двигатель постоянного тока в основном становится бесполезным. На самом деле между ротором и статором бесколлекторного двигателя практически нет контакта, поэтому износ значительно снижается.

2. Более эффективный

Постоянный контакт щеток с силовыми клеммами коллекторного двигателя необходим для поддержания его вращения. Однако трение, которое это создает, означает, что огромная часть энергии, генерируемой вращательным движением, тратится впустую в виде тепла. Как правило, КПД коллекторных двигателей ограничен в диапазоне от 75% до 80%.

С другой стороны, бесколлекторные двигатели генерируют очень мало тепла. При быстром вращении ротора все еще есть некоторая потеря энергии из-за трения воздуха, но она минимальна. Такие двигатели способны обеспечить КПД до 90%.

3. Более длительный срок службы

Ускоренный износ из-за постоянного контакта щеток и энергии, выделяемой в виде тепла, означает, что коллекторные двигатели, как ожидается, сломаются гораздо раньше, чем бесколлекторные. Без возможности остыть накопление тепла в коллекторных двигателях может легко нарушить целостность их катушек или щеток.

Было показано, что бесколлекторные двигатели служат несколько лет при минимальном техническом обслуживании, пока они не повреждаются из-за аварии. Возможно смещение центрального вала или попадание мелких частиц песка и грязи в механизм двигателя. Эти условия, безусловно, уменьшат долговечность мотора.

Читать еще:  Nissan перебои работы двигателя

4. Меньше по размеру

Бесколлекторные двигатели имеют меньшее количество движущихся частей, что дает им преимущество в компактности.

Большая часть шума, создаваемого коллекторными двигателями, происходит из-за контакта щеток с клеммами питания. Несмотря на использование смазочных материалов для уменьшения трения, это неприятность, которая неизбежна при использовании коллекторных моторов.

Бесколлекторные двигатели гораздо тише. Хотя быстрое вращение ротора все еще создает характерный “жужжащий” звук, это все еще огромное улучшение по сравнению с визжащим звуком, к которому мы привыкли с коллекторными двигателями. Более поздние разработки также привели к появлению бесколлекторных двигателей, которые вращаются более плавно, устраняя шум.

Недостатки бесколлекторных двигателей

Причина номер один, почему бесколлекторные двигатели не получили такого широкого распространения, как мы ожидали, заключается в том, что они намного дороже.

Бесколлекторные двигатели имеют более сложный набор электромагнитов. Больше электромагнитов означает больше проводящего материала катушки, который часто является одним из самых дорогих компонентов двигателя. Бесколлекторные двигатели также требуют дополнительного обслуживания.

2. Сложная проводка

Бесколлекторные двигатели не так просты, как кажется. Еще одним огромным преимуществом коллекторного двигателя является то, что он может быть легко подключен к источнику постоянного тока для его работы. Исходя из концепции работы коллекторного двигателя, все, что ему нужно, — это быть подключенным к отрицательным и положительным клеммам источника питания.

Заключительные мысли

Способность преобразовывать электрическую энергию во вращательное движение является одним из величайших технологических достижений нашего времени, открытием, которое породило многие аспекты современной технологии, как мы ее знаем. коллекторные моторы господствуют уже почти сто лет, но бесколлекторные моторы быстро находят свое место в современном мире, где приоритет отдается использованию компактных, надежных и эффективных технологий.

Как выбрать бесколлекторный мотор для квадрокоптера

Наши квадрокоптеры летают на бесколлеторных моторах постоянного тока, это специальные типы двигателей, у которых нет основных компонентов с повышенным износом.

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

Статор. Статор это обмотка двигателя, состоящая из 3 фаз длинных тонких проводков, которые обматываются вокруг сердечника. Провода покрыты эмалью, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе. Если вы хорошо учили физику, то знаете, что ток, протекающий по проводу, создает магнитное поле. Когда провод обмотан вокруг чего-то, то магнитное поле увеличивается. Чем больше ток, тем больше сила магнитного поля и больше крутящий момент от вашего двигателя. Однако, большие токи сильно нагревают обмотку, особенно вот такие тонкие провода и защитная эмаль может оплавиться при сильном нагреве, тогда произойдет короткое замыкание и двигатель станет нерабочим.

Неодимовые магниты. Эти магниты из редкоземельных металлов генерируют фиксированное магнитное поле, они маленькие, но создают очень сильное магнитное поле. Они приклеены эпоксидной смолой или цианокрилатом к корпусу мотора.

Корпус двигателя защищает магниты и обмотку. Обычно он изготовлен из легкого металла, такого как алюминий. Более продвинутые двигатели имеют корпусы, которые сделаны как вентиляторы, т.е. при вращении нагоняют воздух на обмотку сердечника, чтобы охлаждать ее.

Вал мотора жестко прикреплен к верхней части. Это рабочий компонент мотора, который передает крутящий момент на пропеллеры.

  1. Итак, как работает бесколлекторный мотор?
  2. Как выбрать двигатель для квадрокоптера
  3. RPM константа (kV)
  4. Рекомендованные двигатели для квадрокоптера
  5. EMax
  6. Racerstar
  7. Readytosky
  8. Brother Hobby

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

Слишком далеко заходить и углубляться не буду, просто основы — магниты и обмотка создают движущую силу благодаря взаимодействию и созданию магнитного поля между ними. Это происходит благодаря подаче постоянного тока на определенную обмотку (у нас 3 фазы, т.е. 3 отдельных провода на обмотке), ток подается и прекращает подаваться на определенные обмотки в короткий промежуток времени, тысячные доли секунды, заставляя крутиться верхнюю часть с магнитами. Этим процессом полностью управляет ESC-регуляторы, это мозг моторов, он решает, когда подавать ток, а когда нет и с какой частотой.

Как выбрать двигатель для квадрокоптера

Итак, теперь вы знаете основы работы и из чего он состоит, теперь узнаем, как выбрать мотор для дрона.

Размер двигателя

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). В общем, чем больше из этих чисел, тем больше мощности двигатель может обрабатывать и чем больше крутящего момента он будет генерировать. Однако нюанс заключается в том, что большие цифры означают более тяжелый двигатель — в основном благодаря тому, что он просто «больше».

Читать еще:  Patriot 1000i какой двигатель

Вот общие размеры двигателей для квадрокоптеров:

  • 1806 – используются в минидронах, на них ставятся 3-х или 4-х дюймовые пропеллеры.
  • 2204 – Одни из самых популярных двигателей в течение долгого времени. На них ставят 5-и дюймовые пропеллеры. 2204 начали терять популярность в 2015 году и сейчас почти не используются.
  • 2205 – самые популярные моторы, на них можно ставить 5-и дюймовые трехлопастные пропеллеры.
  • 2206 – набирающая популярность модель двигателей, имеет немного большие габариты за счет увеличения мощности на 15% в сравнении с 2205.
  • 2207 / 2407 – Еще более мощные двигатели, гонка мощностей я бы сказал. По характеристикам, они могут выдавать тягу на 50% больше, чем 2205. Используются редко и еще не популярны.
RPM константа (kV)

Все моторые имеют рейтинг Kv. Этот рейтинг показывает то, насколько быстро будут крутиться ваши пропеллеры. Максимальное количество оборотов в минуту, которое сможет выдать ваш мотор, можно узнать, если умножить kV на напряжение аккумулятора. Так, если у вас двигатель 2300kV и батарея lipo 4s, то будет такая формула, так как у 4s lipo напряжение 14.8 вольт:

Но не стоит брать эту цифру как фактическое значение, которое будет развивать мотор, лучше использовать эту цифру как справочное число для ориентира — на что будет способен квадрокоптер на этих двигателях. Общая информация, какие пропеллеры нужно ставить на двигатели 2204 и 2205:

  • 4-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2600kV или с большим kV.
  • 5-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300-2600kV моторы.
  • 6-х дюймовые пропеллеры для двигателя 2300kV или с более меньшим kV.

Обратите внимание, что это не жесткие правила, а лишь рекомендации, но если вы будете придерживаться их, то ваш дрон будет летать с наилучшими характеристиками.

Вес
Единственное, что нужно помнить про вес, это то, что каждый сэкономленный грамм нужно умножать на 4 (или больше, смотря какой дрон будете собирать). Тяжелые моторы обычно довольно мощные и компенсируют свой вес тягой.

Цена
Цена одно из важных значений, чем выше цена, тем качественнее компоненты и сборка, а значит и результаты по скоростям и маневренности. В среднем цены от 600 до 2 000 рублей.

Вал
Вал должен быть достаточно длинным, но не менее 13 мм в длину и 5мм в диаметре. 5мм это самый распростроненный диаметр у пропеллеров, в противном случае вам придется рассверливать или покупать новые проппы, так как они или не налезут или будут маленькие. А насчет длины — нужно не забывать, что пропеллеры закрепляются контргайками, а она должна полностью пройти вал по резьбе.

Как работает бесколлекторный двигатель постоянного тока

Узнайте обо всех достоинствах бесколлекторных двигателей, а также о преимуществах и недостатках выбора этого типа двигателей для вашего проекта.

Если вы работаете над проектом, в котором есть движущаяся часть, вы, вероятно, будете искать двигатель, чтобы сделать это движение возможным. В этой серии статей мы рассмотрим наиболее популярные типы двигателей, которые используют разработчики. Сначала мы рассмотрели коллекторные двигатели постоянного тока. Теперь давайте посмотрим на их ближайший аналог: бесколлекторный двигатель постоянного тока.

Чтобы узнать, для каких проектов лучше всего подходят бесколлекторные двигатели постоянного тока, ознакомьтесь с обзором:

Обзор бесколлекторных двигателей постоянного тока

Бесколлекторные двигатели – это новая технология двигателей, быстро внедряемая в высокотехнологичных приборах и электромобилях (например, Tesla Model S) в качестве замены коллекторных двигателей постоянного тока. Они также чрезвычайно распространены в любительских летательных аппаратах, включая многомоторные. Поскольку бесколлекторные двигатели постоянного тока не имеют коллектора и щеток (что очевидно), они работают без многих ограничений коллекторных двигателей постоянного тока.

Бесколлекторные двигатели постоянного тока обычно используются в многомоторных летательных аппаратах из-за их высокой скорости и эффективности

Как они работают?

Бесколлекторные двигатели постоянного тока обычно используются в многомоторных летательных аппаратах из-за их высокой скорости и эффективности.

Оценка характеристик бесколлекторных двигателей

Как и коллекторные двигатели постоянного тока, бесколлекторные двигатели работают путем изменения полярности обмоток внутри двигателя. Магнитные поля, создаваемые при возбуждении обмоток, оказывают толкающее воздействие на постоянные магниты, расположенные вокруг внешнего корпуса.

На бесколлекторном двигателе постоянного тока вращается не вал двигателя, а внешний корпус. Поскольку центральный вал, к которому прикреплены обмотки, является неподвижным, питание может подаваться непосредственно на обмотки, что устраняет необходимость в щетках и коллекторе.

Без щеток бесколлекторные двигатели изнашиваются намного менее быстро, чем коллекторные двигатели постоянного тока. Они работают с гораздо меньшим звуковым и электрическим шумом и способны работать на гораздо более высоких скоростях.

Читать еще:  Что такое обем двигателя

Из чего состоит бесколлекторный двигатель постоянного тока

Бесколлекторные двигатели постоянного тока только недавно начали использоваться в потребительских товарах и любительских проектах, потому что их сложно контролировать.

В то время как коллекторные двигатели постоянного тока для изменения полярности обмоток используют просто вращение самого двигателя, бесколлекторные двигатели постоянного тока управляются активно и требуют сложной схемы управления обмоткой, которая также должна масштабироваться при увеличении скорости.

Только благодаря тому, что микроконтроллеры стали дешевле и доступнее, стало возможным, чтобы недорогие системы могли удерживать правильную частоту вращения, необходимую для работы двигателя.

Достоинства бесколлекторных двигателей постоянного тока

Низкий износ

Единственным физическим интерфейсом между вращающейся внешней стороной корпуса двигателя и стационарными обмотками внутри являются шарикоподшипники, что означает, что бесколлекторные двигатели постоянного тока изнашиваются очень медленно.

Высокая скорость

Бесколлекторные двигатели имеют намного меньшее трение, чем коллекторные двигатели постоянного тока, поэтому они могут работать на более высоких скоростях.

Высокая эффективность

По сравнению с другими типами двигателей бесколлекторные двигатели обладают очень высокой эффективностью работы, что означает более низкое энергопотребление при той же выходной мощности по сравнению с коллекторными двигателями постоянного тока.

Недостатки бесколлекторных двигателей постоянного тока

Очень высокая сложность управления

Бесколлекторные двигатели постоянного тока для правильной работы требуют специализированных контроллеров и сложных алгоритмов управления.

Высокая цена

Стоимость самих двигателей не слишком высока, но когда добавляется стоимость контроллера, общая стоимость использования бесколлекторного двигателя постоянного тока в проекте становится относительно высокой.

Необходимость специализированных передач

В таких приложениях, как вакуумные пылесосы Dyson, бесколлекторные двигатели постоянного тока должны быть снабжены передачей для преобразования высоких скоростей до нужной скорости.

Модельный электродвигатель

Моде́льный электродви́гатель — электрический двигатель, приводящий в движение летающую, плавающую, вообще какую-либо движущуюся модель, например модель автомобиля.

О двигателях, приводящих исполнительные механизмы, см. статью сервомашинка.

Коллекторные моторы широко применяются на авто и судомоделях, где нет столь жёстких требований к минимальной массе двигателя.

На летающих моделях широко используются бесколлекторные электродвигатели. Обмотки в таком двигателе находятся на статоре (неподвижная часть двигателя), а ротор оснащён постоянными магнитами. Коммутацию обмоток в них осуществляет не механический коллектор, а специальный электронный регулятор. Такая конструкция значительно повышает КПД мотора и позволяет получать высокую мощность при гораздо меньших размерах и массе по сравнению с коллекторным мотором.

Содержание

  • 1 Особенности модельных электродвигателей
  • 2 Типы коллекторных электродвигателей, применяющихся на разных видах моделей
  • 3 Классификация двигателей
  • 4 Настройка
  • 5 Обслуживание
  • 6 Ссылки

Особенности модельных электродвигателей [ править | править код ]

Некоторые авиамодельные двигатели выпускаются в сборе с редуктором.

Типы коллекторных электродвигателей, применяющихся на разных видах моделей [ править | править код ]

Во-первых, двигатели разделяются по классам в зависимости от размеров (длина корпуса в миллиметрах × 10):

  • «130 класс»
  • «280 класс»
  • «300 класс»
  • «370 класс»
  • «540 класс»

Во-вторых, бывают двигатели с закрытым и с открытым щёточным узлом. Закрытый щёточный узел означает что его нельзя обслуживать /или просто не предусмотрено/. У двигателей с открытым узлом имеется доступ — снимается задняя крышка или другая часть корпуса открывая доступ , можно снимать щётки и извлекать щётки , якорь. Если у двигателя имеются щётки, то подвижная часть двигателя называется якорем, если щёток нет, то ротором, бесколлекторный двигатель — это многофазный двигатель.

Классификация двигателей [ править | править код ]

В автомоделях по спортивной классификации двигатели бывают следующих классов:

  • «Стандарт»
  • «Сток»
  • «Модифид»

Настройка [ править | править код ]

Мощность, крутящий момент, максимальные обороты зависят от количества витков в двигателе и мощности (типе) использованных постоянных магнитов. Момент и обороты также зависят от числа магнитных полюсов ротора и статора двигателя.

В спортивных классах моделей, предназначенных для участия в соревнованиях, существует не так много возможностей изменить характеристики двигателя, тем более что это может быть запрещено правилами.

В авиа- и судомоделях режим работы двигателя настраивают подбором винта с такими параметрами, при которых ток через двигатель не превышает максимальный, указанный производителем.

Обслуживание [ править | править код ]

Главной опасностью является перегрев. Эта проблема касается в наибольшей мере автомоделей, так как их кузова часто делают максимально закрытыми, чтобы предотвратить попадание внутрь пыли и грязи. Но при этом к двигателю не будет притока воздуха. Охлаждается двигатель облегающим его корпус металлическим радиатором, иногда устанавливается небольшой вентилятор.

В судомоделях для охлаждения двигателя используют воду, забираемую из-за борта. Вода прокачивается по металлической трубке, обёрнутой вокруг корпуса двигателя.

Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector