Полное руководство по моторам беспилотников: типы, срок службы, выбор и часто задаваемые вопросы

 

Это первый вопрос, с которым сталкиваются многие новички, впервые знакомясь с дронами: «Какой ток использует двигатель дрона: переменный или постоянный?» На первый взгляд, это кажется простым вопросом из области электрики, но он включает в себя сочетание конструкции двигателя, типа источника питания и способа управления.

 

Быстрый ответ: Большинство дронов используют двигатели постоянного тока.

Точнее, большинство дронов используют бесщёточные двигатели постоянного тока (BLDC). Они питаются от литиевых аккумуляторов, которые выдают постоянное напряжение. Электронный регулятор скорости (ESC) управляет порядком подачи питания на трёхфазные обмотки двигателя, обеспечивая его вращение.

 

В процессе работы регулятор скорости преобразует постоянный ток в трёхфазные сигналы, подобные переменному, - обычно синусоидальные или прямоугольные, - для управления двигателем. Это не означает, что двигатель по сути является системой переменного тока. Его основная система питания и управления по-прежнему основана на логике постоянного тока.

 

Почему не использовать обычный двигатель переменного тока?

Дроны работают от аккумуляторов, поэтому переменного тока нет.

 

Двигатели переменного тока громоздки, сложнее в управлении и не подходят для лёгких дронов.

 

Двигатели постоянного тока реагируют быстрее, что позволяет быстро регулировать скорость и контролировать положение дрона в полёте.

 

Поэтому, от адаптации энергии до управляемости, двигатели постоянного тока являются лучшим выбором для систем питания БПЛА.

 

В системах беспилотников,Двигатели можно разделить на две категории: матовые двигатели постоянного тока и бесщеточные двигатели постоянного тока (BLDC) . Несмотря на подобные имена, эти два значительно различаются по структуре, производительности и приложению .

 

Коллекторный двигатель: простая конструкция, но постепенно исчезающая

Коллекторные двигатели используют угольные щетки и коллекторы для переключения направления тока. Они отличаются простым управлением и низкой стоимостью. Они в основном используются в некоторых недорогих дронах с низкой нагрузкой или игрушечных моделях. Ключевым преимуществом является простота подключения по принципу «plug-and-play». Однако они быстро изнашиваются, имеют низкий КПД и ограниченный срок службы. Типичный срок службы составляет от 1000 до 3000 часов, что составляет около 1 года.

 

Бесколлекторный двигатель: более эффективный и популярный выбор

Бесколлекторный двигатель не имеет механической коммутационной конструкции и управляется электронным регулятором скорости (ESC), поэтому обладает следующими преимуществами:

Отсутствие механического износа, более длительный срок службы;

 

Более высокая скорость отклика и более точное управление полетом;

 

Высокая эффективность, меньшее тепловыделение и более длительный срок службы аккумулятора;

 

Низкий уровень шума, что делает их идеальными для таких применений, как аэрофотосъемка.

 

В настоящее время бесщеточные двигатели стали абсолютным мейнстримом - от потребительских дронов до промышленных платформ. Они особенно подходят для сценариев с высокими нагрузками, частыми полетами и высокими требованиями к стабильности.

 

Срок службы двигателя напрямую связан с долгосрочной стабильностью работы дрона и стоимостью его обслуживания. Особенно при коммерческих или частых полетах долговечность двигателя является одним из ключевых факторов, на которые следует обращать внимание при выборе модели.

 

Щеточный двигатель: короткий срок службы, подходит для одноразового или нечастого использования

Из-за постоянного трения между угольными щетками и коллектором щеточный двигатель постепенно изнашивается во время работы, что приводит к снижению эффективности, повышенному тепловыделению и, в конечном итоге, к ухудшению производительности. В целом:

Срок службы составляет около 1000–3000 часов;

 

При частых полетах двигатель обычно требуется заменять примерно раз в год;

 

Подходит для недорогих дронов или нечасто используемого учебного/развлекательного оборудования.

 

Бесщеточный мотор: дольше и более стабильный

Бесщеточный двигатель устраняет физическую структуру трения, и его износ в основном концентрируется в подшипной части, поэтому общий срок службы дольше .При правильном использовании и основное обслуживание выполняется (например, гидроизоляция, пыль и регулярная очистка):

Срок службы может достигать более 5 часов, 000, даже намного превышающих срок службы батареи и стойки;

 

Это также может поддерживать хорошую эффективность и реакцию в долгосрочной работе;

 

Это особенно подходит для платформ БПЛА, которые требуют высокой надежности, таких как аэрофотосъемка, сельское хозяйство и проверка .

 

Конечно, независимо от того, какой мотор, его жизнь также влияет на следующие факторы:

Более высокая нагрузка и частые полеты ускоряют моторный износ .

 

Плохое рассеяние тепла: непрерывные высокие температуры ускоряют износ подшипника;

 

Уровень защиты: имеет ли двигатель водонепроницаемая и пылепроницаемая структура связана с его сопротивлением окружающей среде .

 

Этот вопрос может показаться простым, но на самом деле он тесно связан со структурой дрона . количество двигателей определяет стабильность полета, способность нагрузки и сложность управления всего дрона .

 

Многоканальные дроны: квадрокоптеры являются основными

Наиболее распространенными потребительскими и коммерческими беспилотниками являются практически все мульти-роторные конструкции, которые разделены на следующие категории в соответствии с количеством двигателей:

Название модели	Количество двигателей	Функции и приложения
Квадрокоптер	4	Наиболее распространенный, подходящий для аэрофотосъемки, пересечения и ежедневного полета
Гексакоптер	6	Улучшенная грузоподъемность и избыточность для промышленного/сельскохозяйственного использования
Октакоптер	8	Высокая грузоподъемность, повышенная устойчивость к разломам, используется для профессиональной аэрофотосъемки и съемки
Tri-Rotor / Twin-Rotor	2~3	В основном виден в фиксированном или гибридном беспилотнике

 

Вообще говоря, каждый ротор требует двигателя ., чем больше есть роторы, тем сложнее будет система управления, но стабильность полета и емкость переноса также будут улучшены .

 

Дроны с фиксированным крылом: 1 ~ 2 двигателя

В отличие от многоотробовных дронов, беспилотники с фиксированным крылом обычно используют только один основной двигатель движения (иногда с моторным моторным и посадочным приземлением хвоста/вертикального взлета), который подходит для перелета на дальние расстояния и более длительной выносливости, но имеет более высокие требования для взлета и посадки .

 

Почти у каждого, кто использовал беспилотник, имел этот опыт: как только начинается двигатель, весь самолет сразу же излучает высокочастотный звук «гудящего», особенно во время взлета и ускорения . Так почему же двигатель дрон так громкий? Ключ к проблеме - это не сам двигатель .

 

Настоящий «источник шума» - это пропеллер

Основным источником шума в беспилотниках является воздушная турбулентность и аэродинамическое сопротивление, вызванное быстрым ускорительными пропеллерами во время высокоскоростного вращения, а не электромагнитного или механического шума двигателя . Специально:

Чем выше скорость, тем сильнее воздуха нарушает воздух и тем громче шум;

 

Чем больше пропеллер и чем круче шахта, тем более заметно звук сдвига ветра;

 

При полете на высокой скорости или с тяжелой нагрузкой двигатель должен выводить крутящий момент на высокой скорости, что приводит к дальнейшему увеличению шума.

 

Сама структура двигателя также влияет на шум, но она меньше

Бесщеточные двигатели, как правило, тише, чем матовые двигатели, потому что у них нет трения с углеродной кистью;

 

Метод управления также актуален . Например, квадратная волна управления имеет тенденцию генерировать более высокочастотный шум, чем синусоидальный FOC .

 

Но в целом, сам двигатель учитывает только небольшую часть источника шума .

 

Предложения по снижению шума

Выберите более тихую конструкцию пропеллера (e . g . Прогнощенный кончик пропеллера, лопасти с уменьшением шума);

 

Старайтесь избегать долгосрочных рейсов с полной загрузкой;

 

Использование высококачественных двигателей и синусоноводных ESC может еще больше уменьшить системный шум .

 

Выбор правильного двигателя - залог стабильного, безопасного и эффективного полёта дрона. Особенно в случае самосборных или изготовленных на заказ летательных платформ, при выборе двигателей необходимо учитывать множество параметров, а не только мощность.

 

1. Общий веса имеет значение

Тяга двигателя должна быть достаточной, чтобы выдерживать вес всего аппарата, включая:

Борт дрона

 

Аккумулятор

 

Контроллеры, GPS, датчики и другие электронные системы

 

Полезная нагрузка (например, камера, система распыления)

 

Обычно рекомендуемое соотношение тяги к массе составляет от 2:1 до 3:1, то есть:

 

Для дрона весом 2 кг каждый двигатель в идеале должен обеспечивать тягу 1–1,5 кг.

 

В квадрокоптере каждый двигатель должен обеспечивать стабильную тягу не менее 500 г.

 

2. размер кадра определяет комбинацию пропеллера и двигателя

Двигатель не работает сам по себе - он должен быть в паре с пропеллерами подходящего размера. Размер пропеллеров ограничен колёсной базой и длиной стрелы рамы дрона.

Большие пропеллеры (например, более 12 дюймов) подходят для двигателей с низким KV, которые подходят для аэрофотосъёмки и задач, связанных с переносом грузов;

 

Маленькие пропеллеры (например, 5 и 6 дюймов) подходят для двигателей с высоким KV и подходят для гонок или быстрых манёвров.

 

Чем больше конструкция рамы, тем больше размер двигателя и тем выше теплоотдача, но при этом соответственно увеличивается вес всего аппарата.

 

3. Другие параметры: совместимость напряжения, тока и ESC

Номинальное напряжение двигателя должно соответствовать напряжению аккумулятора (например, аккумулятор 6S можно адаптировать к двигателю, поддерживающему напряжение 22,2 В).

 

Максимальный ток влияет на выбор регулятора скорости (ESC), поэтому необходимо предусмотреть запас 20–30%.

 

При использовании с высокопроизводительными регуляторами скорости (например, с электронным управлением с плавным переключением) рекомендуется выбирать двигатели с низким или средним кВ, быстрым откликом и стабильным крутящим моментом.

 

При покупке или сравнении двигателей для дронов часто упоминается параметр «KV». Многие думают, что чем выше KV, тем мощнее двигатель и тем быстрее он летает, но это не так.

 

Что такое KV?

KV - это скорость, которую двигатель может развивать без нагрузки при каждом приложенном напряжении 1 В (об/мин/В). Например, двигатель мощностью 1000 кВ имеет теоретическую скорость холостого хода 10 000 об/мин при напряжении 10 В.

 

Она отражает скоростные характеристики двигателя, а не его общее качество.

 

Более высокое значение KV ≠ более качественный двигатель.

Двигатель с высоким KV: высокая скорость, но низкий крутящий момент, подходит для небольших нагрузок, кратковременных высокоскоростных полетов (например, гоночных дронов);

 

Двигатель с низким KV: низкая скорость, но высокий крутящий момент, больше подходит для применений с большими нагрузками и высокими требованиями к стабильности полета (например, аэрофотосъемка и сельскохозяйственные дроны);

 

Кроме того, значение KV также влияет на тип используемых винтов:

Двигатели с высоким KV обычно используются в паре с короткими винтами;

 

Двигатели с низким KV подходят для больших винтов, что способствует повышению тяги и эффективности.

 

Как определить соответствующий диапазон KV?

Это зависит от нескольких факторов:

Напряжение аккумуляторной батареи: чем выше напряжение, тем выше фактическая скорость, и значение KV следует соответствующим образом уменьшить;

 

Размер лопастей: большие лопасти с низким KV, маленькие лопасти с высоким KV;

 

Полётное задание: если вам нужна манёвренность, выбирайте высокий KV; если вам нужна устойчивость и продолжительность полёта, выбирайте низкий KV.

 

Столкнувшись с широким разнообразием двигателей на рынке, у многих людей есть этот вопрос: какой из них мне выбрать? Есть ли универсально «лучший» мотор? Фактически, в области беспилотников нет абсолютно «лучшего» двигателя, только тот, который лучше всего соответствует вашим потребностям в полете, структурных условиях и бюджете .

 

Первая основа для выбора двигателя: вес машины

Более тяжелые беспилотники требуют более мощных двигателей, чтобы плавно взлетать и поддерживать стабильный полет ..

 

После определения общего веса можно вывести общую тягу, требуемой двигателем, а затем диапазон тяги, который должен был иметь каждый двигатель, может быть рассчитана на основе количества оси .

 

Например:

Для квадрокоптер беспилотника с общим весом 4 кг рекомендуется, чтобы тяга каждого двигателя составляла не менее 1 . 5 кг ~ 2 кг, оставляя некоторую избыточность, чтобы обеспечить стабильный полет.

 

Вторая основа: размер стойки

Размер рамы дронов определяет длину пропеллеров, которые вы можете использовать, что, в свою очередь, напрямую влияет на выбор двигателя:

Большие рамки могут быть в паре с большими винтами + двигателями с низким кВ для повышения эффективности и стабильности;

 

Меньшая рама ограничивает длину лезвия и должна быть сопоставлена с двигателем с высоким кВ, чтобы увеличить скорость, чтобы компенсировать тягу .

 

Другими словами, двигатель, пропеллеры и кадр связаны вместе и не могут рассматриваться отдельно .

 

Третья основа: полетная миссия

Различные сценарии миссии имеют разные требования к производительности для двигателей:

Для таких задач, как аэрофотосъемка и проверка, стабильность, низкий уровень шума и выносливость двигателя более важны;

 

Гонки, летающие беспилотники и другие сцены требуют ускорения, скорости отклика и взрывной силы двигателя;

 

Платформы, такие как сельское хозяйство и логистика, требуют двигателей с низким кВ, высоким крутящим моментом и высокой нагрузкой .

 

Если вы ищете высокопроизводительные, стабильные и надежные решения в области двигателей для различных типов дронов, компания VSD предлагает несколько моделей бесщеточных двигателей с внешним ротором, охватывающих широкий спектр применений: от легких вездеходных дронов до тяжелых аэрофотосъемочных и сельскохозяйственных платформ.

 

Моторные модели с горячими продажами VSD:

модель	Диапазон значений KV	Рекомендуемое использование	Максимальная тяга
5315 Мотор беспилотников	380 кВ	Аэрофотосъемка промышленного класса/платформа мульти-роторной логистики	9034g
4720 мотор беспилотников	420 кВ	Сельскохозяйственные беспилотники/инспекционные беспилотники	7232g
3115 Мотор беспилотников	900–1520KV	Средняя съемка, аэрофотосъемка и платформа для летной нагрузки	4185g
2808 Мотор беспилотников	1300–1950 кВ	Аэрофотосъемка средней нагрузки и тренировочные самолеты	2910g
2812 Мотор беспилотников	900 кВ	Выносливость многоканута, стабильная платформа полета	2710g
2807 Дроновой мотор	1350–1750 кВ	Гибкая многоосная платформа, экологическая проверка	2728g
2306 Дроновой двигатель	1800–2400 кВ	Беспилотники по пересеченной местности, гоночные дроны	1683g
2207 Мотор беспилотников	1960 кВ	Легкий FPV, самолет начального уровня	1702g

 

Почему выбирают моторы VSD?

Разнообразные параметры настройки KV в соответствии с различными платформами напряжения (3S ~ 12S)

 

Полные данные тестирования и отчет о производительности для каждого двигателя

 

Перед тем, как покинуть фабрику, он прошел статическое тестирование + тестирование на тягу + проверка высокой температуры.

 

Может предоставить предложения ESC, адаптация винта, услуги OEM/ODM

 

Нужны подробные спецификации или технические советы? Не стесняйтесь связываться с нами для руководств по продукту, образцов или технической консультации . Мы также поддерживаем сотрудничество проекта .