Предыдущие подборки: Подбор компонентов, Введение
Предыдущая часть:
Моторы у квадрокоптеров бывают двух типов: коллекторные и бесколлекторные. Коллекторные используются в небольших коптерах как самый дешёвый вариант. В основном все правильные коптеры делаются на бесколлекторных.
Почему? Давайте разберемся с устройством мотора.
Магнитные поля
Электромоторы используют энергию магнитных полей. Как мы знаем, магниты с противоположными полюсами притягиваются друг к другу, а с одинаковыми – отталкиваются, что и происходит в моторе.
Классическая схема коллекторного мотора – железный сердечник, обмотанный витками медного провода и насаженный на вал вращения. Это ротор, так как он вращается.
Рядом с сердечником находится постоянный магнит. Это статор, так как он стоит на месте.
Если пропустить ток через обмотки сердечника, сердечник превратится в магнит и начнёт взаимодействовать со статором. Вал начнёт вращаться.
Но только до определённого момента. Притянувшись или оттолкнувшись, сердечник остановится, система придёт в равновесие.
Очевидно, чтобы мотор работал, нужно продолжать вращать вал. Для этого делается ещё одна обмотка, расположенная по ходу вращения вслед за первой. Когда первая обмотка проворачивается вместе с валом, на её место приходит вторая.
В этот момент мы отключаем напряжение от первой обмотки и подключаем ко второй. Вращение продолжается. Затем в действие вступает третья обмотка, а когда вал мотора совершает полный оборот, мы возвращаемся снова к первой обмотке.
Далее идёт чистая оптимизация. Можно сделать много обмоток в роторе и также много магнитов в статоре, включать сразу несколько обмоток, находящихся возле нужных магнитов, и т.д.
Коллектор
Но все эти переключения обмоток и создают проблему. Ведь они находятся на вращающемся роторе, и если непосредственно к ним подключить провода, то они просто сплетутся и порвутся при вращении. Кроме того, нужно переключать обмотки в правильные моменты времени.
Для этих целей служит коллектор. Это пластины (ламели), расположенные на валу по кругу и присоединённые к обмоткам. Передача напряжения на эти пластины происходит через щётки – металлические или графитовые контакты, которые прижимаются к ламелям и контакт осуществляется просто за счёт трения.
Коллектор решает и вопрос переключения обмоток. Так как в контакт с одной щёткой в каждый момент времени вступает только одна ламель, соединённая с соответствующей обмоткой, то регулируя ширину ламели и градус её положения на валу, можно заставить включаться нужные обмотки при нужных положениях вала. Происходить это будет полностью автоматически, так как вал, вращаясь, сам будет подставлять ламели под щётки по очереди.
Бесколлекторный мотор
В бесколлекторном моторе, как следует из названия, отсутствует коллектор, а также щётки.
Представьте, что постоянные магниты мы перенесли на ротор, а обмотки на статор. Принципиально ничего не изменилось, просто теперь мы должны генерировать магнитное поле обмотками статора.
Но так как статор не вращается, механически переключать обмотки мы уже не можем.
Выход здесь до боли простой и сложный – надо переключать обмотки не механическим, а электронным способом. Для этого требуется электронный регулятор оборотов (ESC). Он имеет собственный процессор с довольно навороченной прошивкой и умеет определять, в каком положении сейчас находится вал мотора, чтобы включить соответствующую обмотку.
- Чтобы работал коллекторный мотор, достаточно подать на него напряжение через два провода.
- Чтобы работал бесколлекторный мотор, нужны три провода (от трёх групп обмоток) с регулятором, и также нужно подавать на регулятор специальный управляющий сигнал. Без него он просто не будет работать.
Почему выбирают бесколлекторные моторы?
Коллекторные моторы более сложны конструктивно и имеют меньший рабочий ресурс, так как щётки постоянно стираются, загрязняются и т.д.
Бесколлекторные моторы устроены проще, могут работать даже под водой и кроме подшипников в них ничего не изнашивается. Кроме того, они мощнее по сравнению с коллекторными.
Inrunner & Outrunner
Бесколлекторные моторы делятся на два класса: Inrunner (примерный перевод: крутится внутри) и Outrunner (крутится снаружи). Inrunner это классическая схема, когда ротор вращается внутри мотора, а статор находится в корпусе вокруг ротора.
Оutrunner это классика наизнанку: в центре находится статор с обмотками, а ротор с магнитами вращается вокруг статора. То есть внешний корпус мотора вращается.
Именно бесколлекторные аутраннеры используются в подавляющем большинстве коптеров.
При подборе моторов для квадрокоптера есть много критериев их качества. Есть моторы подешевле и похуже, а есть подороже и... тоже похуже. Эти критерии мы разберём в следующих выпусках.
Читайте дальше: