Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

logomotor

В этой статье постараемся помочь вам с выбором моторов для квадрокоптера и вы сможете ответить на вопрос — «Как выбрать двигатели для квадрокоптера?».

Для поиска подходящего мотора, мы будем использовать информацию, которую предоставляет производитель в описании своих компонентов.

 

С чего начать?

Первое, что нужно сделать — это посчитать вес вашего квадрокоптера. Конечно, когда вы только планируете, составить конечный вес сложновато и придется опираться на данные из описания товаров и честность продавцов.

Первым делом я смотрю вес рамы, потому что рама — это основа и в большинстве своем ее форма и размеры начинают определять максимальные размеры оборудования, которое можно повесить на эту раму.

Сейчас продавцы чаще стали указывать, какие моторы будут подходить для конкретной рамы, но не конкретно вот этот двигатель, а разброс.

После подсчета веса рамы, прибавьте вес камеры и подвеса, последний — если вы собираете съемочный квадрокоптер.

IFlight iH3 FPV квадрокоптер

 

Строение двигателя и как он работает

Все бесколлекторные (безщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

 

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.

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

Итак, как работает бесколлекторный мотор?

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 управляют ESC-регуляторы, это мозг моторов, они решают, когда подавать ток, а когда нет и с какой частотой. Бесколлекторные двигатели 3-х фазные.

Двигатели для дронов делятся на два типа:

  • Коллекторные
  • Бесколлекторные

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

Коллекторные двигатели используются в основном на слабых дронах начального уровня и для съемочных квадрокоптеров начального уровня. Дело в том, что они не могут развивать значительные обороты и мощность, а это значит, у них будет маленькая подъемная сила. Они более громоздкие и более склонны к поломкам, так как у таких моторов больше трущихся деталей. Принцип работы коллекторных двигателей: мотор состоит из корпуса, внутри корпуса находятся магниты – плюс и минус, корпус неподвижен, а в движение приводится ротор с обмоткой с помощью щеток, которые подают электричество на обмотку.Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

Бесколлекторные двигатели используются на гоночных и профессиональных дронах. Отличаются огромными мощностями, значительными оборотами и тягой. Такие двигатели более компактные, по весу примерно такие же, имеют долговечность за счет минимума движущихся частей, да и те на подшипниках.

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

Расшифровка маркировка двигателей квадрокоптеров:

KV – оборотов в минуту на вольт, чем больше число, тем мощнее двигатель. Например, 2300KV разгонит дрон до 100км/час.

A2313/16T – Буква А это класс двигателя. 23 – диаметр магнитопривода в мм, толщина набора 13мм, 16 – витков. Чем меньше витков у двигателя, тем больше KV.

 

Вес и тяга двигателей

В мультироторных квадрокоптерах, двигатели обычно могут поднять 50% от веса самого дрона, то есть, вес дрона в рабочем состоянии 400 грамм, значит он сможет поднять еще примерно 200 грамм полезного груза, при этом, стик газа будет на середине. А общая тяга двигателей для такого квадрокоптера должна быть не менее 800 грамм.

Запас мощности — важное правило, чтобы оставалась возможность полного управления квадрокоптером под нагрузкой, особенно в ветер или во время резких маневров. Для съемочных дронов должен быть запас тяги к весу 2:1 минимум, для гоночных в 2 раза больше.

Для гоночных квадрокоптеров нужны очень маневренные и мощные двигатели, у которых тяга не менее 1 кг, а лучше больше, так как полеты на гоночных квадрокоптерах очень агрессивные и быстрые, постоянно меняется траектория полета, которая должна меняться моментально.

Кстати, если для съемочного квадрокоптера подобрать двигатели с большой тягой, то на него можно будет повесить, например, 2 аккумулятора, вместо одного, чтобы можно было летать дольше, чем 20 минут, но это время будет увеличиваться прямо пропорционально добавленному весу и соответственно будет уменьшаться предел тяги моторов.

 

Практический пример

Рама

В качестве примера рассмотрим сборку мини квадрокоптера на классической раме 220 мм — Martian II 220. Вес рамы 145 +- 2 грамма.

Рама Martian II 220

Двигатели

Как говорил выше, многие продавцы пишут в описании какие моторы подойдут к их раме. В нашем случае, продавец указал двигатели: 1806, 2204, 2205, 2206. Посмотрев на площадке средний вес 1 двигателя — 25-28 г, можно предположить, что общий вес из 4 моторов — 100 грамм в среднем.

Двигатели

Аккумулятор

К этой раме отлично подойдут аккумуляторы LiPo 4S 1300mAh или 1500mAh, вес их составляет примерно 157 грамм.

Как выбрать двигатели для квадрокоптера, тяга и вес

FPV система: видеопередатчик и камера

Камеры бывают очень легкие, например, Caddx Turbo весит всего 3,5 грамма, а обычные классические до 9 грамм.

Видеопередатчики без дополнительной защиты тоже очень легкие, вес у них колеблется от 4,5 грамм до 6-7 грамм.

Caddx Turtle V2 FPV камера с разрешением 1080Р/60FPS

Полетный контроллер и плата разводки питания (PDB)

Эти компоненты не тяжелее другой электроники — в среднем по 3,5 грамма, итого до 10 грамм веса.

Полетный контроллер F411-ONE с SPI_RX

Регуляторы оборотов и приемник

По отдельности регуляторы оборотов (ESC) весят больше, чем цельная плата 30,5 х 30,5, но и если выйдет из строя 1 регулятор, то придется менять всю плату. Это не относится к регуляторам, которые по отдельности, но вес чуть больше. Так, цельная плата ESC весит в среднем 8 грамм, а по отдельности в среднем 10 грамм.

Приемник (это то, что принимает сигнал с пульта управления и передает его полетному контроллеру) — здесь тоже самое как с видеопередатчиками, если плата не защищена, то ее вес может быть 5 грамм, но и повредить ее легче, а с корпусом они могут быть до 20 грамм.

Регуляторы оборотов

общий вид приемника

Пропеллеры

Тоже имеют незначительный вес, 1 пропеллер весит 1-2 грамма.

пропеллеры 3-х лопастные

Остальной вес и итого

Не забывайте учитывать и другой вес — крепление для камеры, крепление аккумулятора, болты и так далее. Можете прибавить еще 10-50 грамм, в зависимости от того, что вы будете использовать, а также учитывайте вес проводов.

Итого

  • Рама — 145 г;
  • Двигатели — 100 г;
  • Аккумулятор — 157 г;
  • FPV система — в среднем 10 г;
  • Полетный контроллер и PDB — 10;
  • Регуляторы оборотов и приемник — в среднем 9 г;
  • Пропеллеры — 5 г.

Итого: примерно 436 грамм + 10 грамм на провода и крепления = 446 грамм вес полностью снаряженного квадрокоптера по минимуму, но для запаса берем 500 грамм.

Бывают рамы значительно легче, например по 70 грамм, но они тонкие и электроника почти не защищена.

Теперь нужно подобрать двигатели, которые смогут хорошо работать с весом нашего дрона, так как вес 500 грамм, значит тяга двигателей требуется как минимум в 2 раза выше, то есть, нам нужны двигатели, у которых суммарная тяга не менее 1000 г, то есть 1 мотор — не менее 250 грамм!

Резюмируем ответ на вопрос, как подобрать двигатели для квадрокоптера: считаем общий вес собранного квадрокоптера вместе с примерно выбранными двигателями (как правило это 100 грамм) и умножаем на 2 — такую тягу должен иметь 1 двигатель.

Каждый продавец размещает таблицу, с какими пропеллерами развивается какая тяга, например, у Racerstar 2205 она такая:

таблица совместимости пропеллеров и тяги

 

 

Что мы видим: если использовать пропеллеры 5045 — в обычном режиме при 19.2А на двигатель — он развивает 660 грамм тяги, а в пиковой нагрузке при 27.6А двигатель развивает 950 грамм!

Таким образом, изучив несколько таблиц в карточках товаров, вы будете четко понимать, какие двигатели вам нужны.

Но если вам все же сложно понять, какие нужны двигатели, пишите в комментариях, помогу.

Рекомендуем

 

На что еще следует обратить внимание при выборе двигателя

 

таблица совместимости пропеллеров и тяги

Выше я написал, что вам нужно смотреть на тягу, которую развивает двигатель (Pull g).

Но вам также стоит обратить внимание на эффективность — Efficiency — граммы на ватты.

Что это значит? Все просто, чем больше Watt тратится, тем быстрее разрядится аккумулятор. Да, двигатель поднимет 710 грамм, но быстро разрядит аккумулятор, то есть, ему потребуется очень много энергии.

Это и ответ на вопрос — какие пропеллеры выбрать для двигателя — смотрим таблицу и выбираем наиболее эффективные.

 

Регуляторы оборотов (ESC) для двигателей

После того, как вы выбрали двигатели, теперь к ним нужно выбрать регуляторы оборотов.

Здесь опишу кратко, так как уже есть статья выше: смотрим таблицу для двигателя и выбираем максимальный ток, который они могут потреблять, вот вам нужны именно такие регуляторы, в нашем случае 30 Ампер.

 

Рекомендованные двигатели

 

Фото Название KV Ссылки
Emax RS2205S

Emax RS2205S

2300KV Aliexpress | Banggood
Racerstar Racing Edition 2306

Racerstar Racing Edition 2306

2700KV Aliexpress | Banggood
Readytosky 2205-2300 Readytosky 2205-2300

(дешевые, но хорошие, для новичков)

2300KV Aliexpress
Racerstar Racing Edition 2205

Racerstar Racing Edition 2205

2300KV Aliexpress | Banggood
BrotherHobby Returner R4 2206

BrotherHobby Returner R4 2206

2450KV Aliexpress | Banggood
Dragonfly Hurricane 2207

Dragonfly Hurricane 2207

2500KV Aliexpress
 T-Motor F40 III 2306

T-Motor F40 III 2306

2400-2750KV Aliexpress | Banggood

 

Выводы

Надеюсь, что объяснил подробно, а если у вас остались вопросы — задавайте их в комментариях, помогу.

Итак: считаем общий вес дрона и умножаем на 2. Далее берем тягу 1 мотора и умножаем на 4 (если у вас 4 двигателя). Если тяга выше веса, который мы умножили на 2, то двигатели вам подходят.

Но помните, что для гоночного квадрокоптера лучше брать коэффициент 3:1, где 1 это вес дрона, то есть при весе 500 грамм, тяга двигателей должна быть не менее 1500 грамм.

Понравилась статья? Поделиться с друзьями:
Добавить комментарий

;-) :| :x :twisted: :smile: :shock: :sad: :roll: :razz: :oops: :o :mrgreen: :lol: :idea: :grin: :evil: :cry: :cool: :arrow: :???: :?: :!: