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.

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».

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:

14.8 * 2300 = 34040RPM

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.

Какие есть марки двигателей с сортировкой по популярности:

EMax

EMax RS2205S — Ссылка (4 мотора за 4500 рублей)

Racerstar

BR2306S Ссылка (4 мотора за 2 000 рублей)

оказался очень популярным среди читателей этого блога, но он не содержит практических указаний о том, как именно выбрать двигатель (мотор) квадрокоптера. Поэтому, я решил написать эту статью для тех, кто выбирает раму и двигатели на квадрокоптер, но не уверены, в правильности своего выбора. Все изложенное ниже основано на личном опыте, информации с других сайтов, и не претендует на то, чтобы быть абсолютной истиной. Также я не буду пытаться оценивать моторы и рамы с точки зрения их качества и предлагать какие-то бренды или модели как лучшие. Статья будет только о параметрах и об их влиянии на выбор.

Начнем с рамы (frame). Почему важен выбор рамы для выбора двигателя? Рама определяет две основные характеристики квадрокоптера — вес и размер. А это, в свою очередь, влияет на выбор пропеллеров и двигателей. Поэтому мы и начнем с рамы.

Собственно, рамы (с точки зрения размера) бывают маленькими, средними и большими. Конечно же, у них есть куча других характеристик, но мы будем подробно останавливаться на основных, которые влияют на выбор двигателей. И так, вы собрались строить:

• Гоночный квадрокоптер
• Простенький квадрокоптер среднего размера
• Большой квадрокоптер для профессионального фото и видео

Гоночные квадрокоптеры, несмотря на страшное слово «гоночный», самые простые и недорогие (есть исключения). Почему так? Потому, что набор комплектующих и «наворотов» минимален. Основная цель — получить аппарат как-можно с меньшим весом. Это сделает его маневренным и быстрым.

До недавнего времени, стандартом гоночного FPV квадрокоптера был размер 250 мм. Сейчас появились модели 210 и даже 160мм. Чем меньше квадрокоптер, тем легче и маневренее он будет. Но очень маленькие модели сложно собирать и «впихивать» в них минимальный набор комплектующих: камера, контроллер полета, плата питания, видеопередатчик, антенна, радиоприемник, и конечно же — батарея. У меня есть опыт постройки 210мм гоночного квадрокоптера, и мне кажется, с рамой размером 250 работать намного проще.

Рама гоночного квадрокоптера должна быть карбоновая (Carbon Fiber). Можно, конечно, взять раму из всякого рода пластмасс (Composite), и даже из стекловолокна (Glass Fiber, Fiberglass), но тогда вам нельзя будет ударять такой аппарат о землю. А это, поверьте мне, вы будете делать очень часто. В отличие от больших и средних аппаратов, которые совсем не желательно ронять, и которые при падениях что-то все-таки да ломают, гоночные квадрокоптеры должны выдерживать удары о землю и другие предметы, т.к. для них это обычное дело. Качественные рамы можно купить от $15 и до $100 и больше. При чем, эта 15 долларовая рама очень хорошая, на мой взгляд. Для гоночных квадрокоптеров обычно используются пропеллеры размером 5-6 дюймов. Среднее время полета гоночных квадрокпотеров — 5-10 минут. Нормальный вес гоночного квадрокоптера — 400-500 грамм. Батарея 1200-1500 мА*ч.

Квадрокоптеры средних размеров (300-500мм) уже не используются для гонок, поэтому требования к раме не такие жесткие. Вы можете взять пластмассовую раму, карбоновую, или даже изготовить ее самостоятельно из дерева или металла. На что следуюет все-таки обратить внимание — это вес. Эта характеристика уже не такая критичная как в случае с гоночными аппаратами, но все же лишние 200-300 грамм сильно скажутся на полетном времени в итоге. Карбоновые рамы предпочтительнее из-за веса и прочности, но если вы строите бюджетный вариант, то подойдет и хорошая пластмассовая. На квадрокоптер среднего размера тоже прекрасно устанавливается подвес для камеры, и на нем можно летать по FPV. Но все же квадрокоптер среднего размера — это некий компромисс между стоимостью и качеством. Я бы рассматривал его как платформу для обучения и экспериментов.

Для квадрокоптеров средних размеров обычно используются пропеллеры размером 8-11 дюймов. Среднее время полета — 8-15 минут. Нормальный вес — 900-1500 грамм. Батарея 3000-5000 мА*ч

Большие и мощные квадро- гекса- и даже окто- коптеры (от 650 мм) для фото и видеосъемки, способные улететь далеко и вернуться, обычно «напичканы» дорогой электроникой, несут дорогую камеру и большую (дорогую) батарею. Они имеют большой вес и не так ограничены в возможностях. Строить аппарат с дорогой электроникой суммарной стоимостью под $1000 и при этом съекономить на раме — выглядит не очень разумно. Поэтому, рама должна быть прочной, легкой и карбоновой 🙂 Также, такая рама может иметь складные ноги и руки, что позволяет легко транспортировать квадрокоптер к месту полета и назад, а также поднимать (складывать) ноги во время полета, чтобы не попадать в поле зрения камеры.

На квадрокоптеры такого размера ставят пропеллеры от 15 дюймов и большие мощные двигатели с маленьким KV рейтингом. Вес такого аппарата может достигать 2.5 кг и больше, а время полета начинается обычно с 15 минут. Среднее время полета — 20-25 минут. Хотя в интернете встречаются примеры конфигураций, которые летают 50 и даже 60 минут. Эти аппараты очень дорогие, и имеют, как правило, больше 4 моторов, часто 6 и даже 8. Такие мультикоптеры очень стабильны в полете, что не маловажно для фото и видео съемки. Батареи очень часто имеют больше 3 ячеек (часто 6) и емкость от 8000 мА*ч

Все типы рам могут иметь встроенную плату питания или распределения электроенергии (PCB, PDB). Тогда вам не нужно покупать отдельеую плату и меньше проводов будет торчать наружу. Обзор таких плат выходит за рамки этой статьи.

Итак, если вы определились квадрокоптер какого размера и типа вы будете строить, самое время перейти к выбору двигателей для него, как самой важной части оборудования. Но об этом мы поговорим во второй части. Stay tuned.

И так, двигатель, или по-другому — мотор.

Как видно из картинки ниже, двигатели могут быть самых разных размеров и иметь разный внешний вид и цвет. Хотя есть и общая черта, которая их объединяет — цилиндрическая форма.

Когда мы говорим о двигателях для летающих моделей, мы, как правило, имеем в виду бесколлекторные (бесщёточные) моторы. Эти моторы очень похожи на обычные. У них тоже есть магниты и обмотки, но нет щеток, для передачи тока к от контактов двигателя к обмоткам. Именно поэтому, они и называются бесщеточными (brushless). Можно считать эти моторы трехфазными. Напряжение подается на обмотки не непрерывно, как у обычных моторов для постоянного тока, а с определенной частотой. Это и заставляет движущуюся часть мотора вращаться. При чем, такие моторы могут вращаться намного быстрее обычных, и при этом еще и не терять энергию на щетках.

Доброго времени суток, дорогой читатель. Сегодня мы поговорим о том, что поднимет твой летательный аппарат на новые высоты… ну или хоть на какие-то. Речь пойдёт об электромоторах. Я расскажу тебе о том, как выбрать двигатель для квадрокоптера твоей мечты, и о многих других нюансах, связанных с этой темой. Поехали!

Первым, с чем ты столкнёшься при выборе будут эти два термина. Это две разных реализации двигателей. Главное отличие – расположение обмотки.

Спонтанный ликбез:
Статор – неподвижная (статичная) часть движка.
Ротор – вращающаяся (rotation) часть.

Коллекторные

Обладает щеточно-коллекторным узлом. Коллектор, это набор контактов (обмоток), расположенных на роторе, и щётка – скользящий контакт, расположенный на статоре. Как раз наличие этой щётки и убавляет ресурс коллекторного мотора, ибо создаёт трение. Двигатель начинает вращаться при подаче на него постоянного тока, а направление вращения зависит от полярности оного. Плавно разгоняются и замедляются.

Преимущества

• Маленький вес и размер
• Низкая стоимость
• Прост в ремонте

Недостатки

• Низкий КПД
• Низкая скорость вращения
• Перегрев
• Быстрый износ

Бесколлекторные (бесщёточного типа)

Состоит из ротора с постоянными магнитами и статора, с обмотками. Изменение направления вращения осуществляется изменением полярности (Нужно поменять два провода из трёх). Разгон и замедление происходят очень быстро (рывком). Имеют разное количество полюсов. Чем их больше, тем медленнее, но с большим усилием, вращается ротор.

Преимущества

• Высокая скорость вращения
• Износостойкость
• Защищённость от внешних воздействий

Недостатки

• Стоимость
• Сложный ремонт

Тут есть нюанс. Устройство двигателя бесколлекторного типа может отличаться.

• Inrunner – Стандарт. Ротор с постоянными магнитами вращается в статоре с обмотками.
• Outrunner – Нестандарт. Здесь ротором выступает корпус, который вращается вокруг статора с обмотками.

Характеристики двигателя

Мощность (потребляемая)

Измеряется в ваттах. Чем больше мощность, тем быстрее кончится батарея. Тут всё просто

Вес

Чем больше вес, тем мощнее и медленнее (обычно). Важно помнить, что вес самого движка нужно учитывать при расчёте веса, который он должен поднять.

Энергоэффективность (КПД)

Комплексное понятие, которое зависит ещё и от батареи, контроллера, пропеллера, и даже проводов. Тут подробно останавливаться не буду- чем выше, тем лучше. Двигатель с КПД 70% тратит 70% потреблённой энергии на полёт, а 30% на обогрев окружающей среды и приближение тепловой смерти вселенной. Для бесколлекторных нормой является 90%, а для коллекторных 70%.

Температура нагрева в работе

Как ты уже понял- напрямую зависит от КПД. Чем больше греется, тем больше тратит энергии впустую.

Балансировка и уровень вибрации

По сути, это качество исполнения. Есть такая вещь как допуск. Этот те пределы, в которых отклонение от идеала не считается проблемой. Чем выше точность изготовления, тем более соосной будет система, и тем меньше будет вибраций. Иногда лучше не брать самое дешёвое.

Вибрация в двигателе ускоряет его износ, износ прочих деталей, раскручивает винтики и шумит. Неприятное явление.

Тяга

Тяга, она же подъёмная сила. Это тот вес, который может поднять двигатель (включая самого себя). Но это не значит, что для двухкилограммового квадрокоптера нужно четыре двигателя. Нужен запас тяги, нужно учесть помехи, и банальную не идеальность моторов.

Формула будет примерно следующей.

Тяга одного мотора = (вес коптера * 2)/ кол-во движков
В итоге, для квадрокоптера весом 1 кг нужно 4 двигателя с тягой 500 грамм.

KV

Это достаточно сложный параметр – обороты на вольт без нагрузки. То есть если мы имеем моторчик в 1000 kv, то при подключении его к источнику тока с напряжением 12 вольт, он выдаст 12 000 оборотов в минуту (KV*U). Однако, это всё крайне теоретически.

На практике есть нагрузка, и создаваемое им сопротивление воздуха. Из этого следует, что обороты будут ниже, или их не будет вообще, так как от КВ зависит крутящий момент. Чем выше параметр КВ, тем меньшее усилие развивает электродвигатель.

Для понимания процесса (грубый пример).

Так как электродвигатель работает из-за перемены полярности электромагнитов с определённой частотой, то кв, по сути, характеризует частоту, с которой изменяется полярность магнитов, к которым притягивается постоянный магнит. для простоты примем, что постоянный магнит на роторе. Если всё идёт по плану, то ротор проходит путь от одного переменного магнита до другого, после полярность меняется, и он идёт дальше.

Если слишком часто менять полярность, или увеличивать нагрузку, то ротор просто не успеет разогнаться и преодолеть нужный путь, и его начнёт притягивать обратно, или же он вообще не сдвинется с места. Это похоже на пробуксовку колеса авто на льду. Чем выше скорость вращения и вес авто, тем больше оно будет проскальзывать, и меньшее усилие развивать.

В итоге, никто не знает сколько нужно, ибо параметр не поддаётся простому определению. Можно просто ориентироваться на следующие цифры. Лёгкий гоночный коптер с маленькими пропеллерами имеет KV 2100—2500, а для тяжёлых, многокилограммовых аппаратов нужно брать что-то в районе 200-900 KV.

Как правильно выбрать

Есть несколько основных параметров, исходя из которых придётся выбирать. О них ниже. Прежде всего, советую перейти на сайт калькулятора Ecalc, и ознакомиться с калькулятором. Он позволит как подобрать примерную комплектацию коптера, так и рассчитать полётных характеристики уже готовой сборки. Расчёт моторов стоит начать именно с него.

Общий вес и необходимая тяга

Это пункт планировки, и возможно важнейшие характеристики. Нужно чётко понимать – сколько будет весить квадрокоптер. В общий вес идёт всё, включая пропеллеры, провода и полезную нагрузку. Исходя из формулы расчёта тяги, для достижения хороших полётных характеристик, двигатели твоего коптера должны поднимать его вес, помноженный на два.

Размер рамы и пропеллера

От размера и конфигурации рамы зависит то, сколько двигателей тебе придётся поставить, и на сколько большую диагональ пропеллеров ты сможешь использовать. Сейчас не буду вдаваться в подробности конфигурации, и рассказывать о том, как правильно подобрать раму. Просто напомню, что это ответственный узел, и на нём будет держаться всё, в том числе и тяжёлые, вибрирующие двигатели.

Запомни три простых правила.

1. Тут важно не промахнуться с размером. Пропеллеры не должны наслаиваться. Проблемы доставляет и путаница с размерами. Добро пожаловать в мир дюймов
2. Жёсткость рамы и её вес очень важны. Если есть возможность, то бери с запасом по прочности. Очень хорошо тебя показывают композитные материалы (карбоновая рама – предел мечтаний)
3. Резьбы в пластике или вообще не могут считаться за резьбы, или являются одноразовыми. Ищи или металлические вставки, или думай, как ещё зафиксировать болты

От размера лопастей зависит поведение дрона в воздухе. Большая диагональ даст большую подъёмную силу и устойчивость, в ущерб маневренности, и наоборот. Здесь надо отталкиваться от своей цели. Так же нужно учитывать то, что пропеллер создаёт нагрузку на двигатель. Обычно рекомендованный размер будет указан в спецификации.

Питание

Тоже можно подсмотреть в спецификации. Обычная банка имеет номинальное напряжение 3.7в. При последовательном соединении суммируется напряжение, а при параллельном – ёмкость (она же время полёта). Это значит, что если ты видишь рекомендованный аккумулятор 2-3S Li-po (7,4-11,1V), то тебе потребуется два, или три последовательно соединённых литий-полимерных аккумулятора и соответствующая плата питания. В этом диапазоне всё будет работать (конечно, чем меньше- тем слабее). Параллельно можно суммировать только одинаковые блоки, но зато сколько душе угодно.

Маркировка двигателей для квадрокоптеров

На самом деле стандарта нет. Каждый лепит на свою продукцию что захочет. К счастью, есть общепринятые нормы, которые соблюдает большинство.

Первая буква отражает качество изготовления.

• «V» серия специально для ответственных мультикоптеров, изготовлена из лучших материалов при высочайшей точности сборки. Обычно, это гоночные электродвигатели, которые вращаются намного быстрее обычных
• «X» серия для моделей самолётов и мультикоптеров – середнячков. Хороший КПД, качество и сборка по терпимой цене
• «A» серия – Бюджетное решение, которое будет чуть хуже, чем предыдущие, но всё так же будет хорошо работать. Не стоит её пугаться

Первые четыре цифры, это параметры магнитопровода. Первые две –диаметр, вторые две –толщина набора. Они, на самом деле тебе не очень нужны. Не заморачивайся. Их тебе нужно знать в основном для того, чтобы понимать следующий параметр.

Спонтанный ликбез: Магнитопровод, это та часть двигателя или трансформатора, на которую намотана обмотка. Он набирается из пластин.

Количество витков

От количества витков зависит толщина провода, при равных параметрах магнитопровода. На один и тот же магнитопровод можно намотать 13 или 15 витков (к примеру). Чем больше витков, тем меньше диаметр сечения провода и выше внутреннее сопротивление. Отсюда, при равном питающем напряжении, при большем количестве витков, ток и обороты будут ниже. Это подтверждается параметром KV. Для бесщёточного двигателя с 15 витками оно будет ниже, чем у того же мотора, но с 13 витками.

Последняя буква – вид трёхфазного подключения – звезда или треугольник (Y/* или T/Δ соответственно). Снова не буду грузить электроникой, да и в случае с квадрокоптерами подключение не так важно.

• Мотор подключенный через звезду будет более мягко и плавно разгоняться, но не сможет развить максимальную заявленную мощность
• Подключение через треугольник даст более резкий набор скорости и полную заявленную мощность, но потребует намного больший пусковой ток

Возьмём для разбора такую маркировку A2212/15T.

22 – магнитопровод диаметром 22мм
12 — толщина набора 12мм
15 – 15 витков
А – Ширпотреб для бюджетных аппаратов
Т – (иногда заменяют на Δ) намотка типа дельта (треугольником)

Особенности моторов

CW и CCW

Это направления вращения, на которые рассчитан мотор. CW – по часовой стрелке, CCW – против. На самом деле направление вращения всегда можно изменить без потерь. Этот параметр скорее относится к креплению. При вращении в неправильную сторону мотор может разбалтываться, из-за особенностей крепления, или, если пропеллер фиксируется на резьбовом соединении, он будет откручиваться.

Тип магнитов

Мощность двигателей, и их кпд во многом зависят от силы постоянных магнитов ротора. Можно брать исключительно неодимовые магниты. Это, в основном, касается покупок из Китая, где могут подсунуть с виду работающий, но слабенький агрегат.

Кстати, важно, что неодим является крайне хрупким материалом, который плохо переживает удары. Ронять его не стоит, ибо могут появиться микротрещины, которые приведут к потере мощности.

Полый вал

Особым понтом считается полый вал двигателя. Если есть возможность, то стоит брать именно такой. Он совершенно не уступает по прочности цельному валу, так как центральная часть не нагружено, но немного экономит вес.

Шплинты и пружинные стопорные шайбы E clips, C clips

Из-за вибраций, создаваемых моторами и пропеллерами, винтики могут откручиваться или ослабевать. Это серьёзная проблема, ибо конструкция всегда должна быть жёсткой. Решается проблема использованием шплинтов или стопорных шайб.

Шплинт – вариант не самый лучший. Только для того, чтобы что-нибудь не отвалилось. Винтики им укрепить не получится.

Пружинная шайба – По сути, это небольшая пружинка, которая распирает болт в резьбе, тем самым делает его выкручивание проблематичным. Это отличный вариант для крепления любых узлов к раме, однако использовать его имеет смысл только если под шайбой имеется твёрдая поверхность (мягкий пластик не в счёт)

Итог

Дроны беспилотники, это достаточно сложный и точный механизм, который требует тщательного подхода к выбору комплектующих. Надеюсь, после прочтения этой статьи тебе стало понятно чуть больше о движущей силе твоего летательного аппарата.

Двигатель для квадрокоптера – это важнейшая деталь для профессионального моделиста, без которой аппарат не будет работать. Конечно, вместо двигателя применяются электромоторы.

Особого распространения квадрокоптеры с двигателями не получили, но опытные пилоты предпочитают аппарат, оснащенный двигательной системой.

Как разумно подобрать двигатель для квадрокоптера? Несомненно, данную деталь стоит подбирать исходя из характеристик и возможностей летающего аппарата. Использование мотора необходимо только в больших квадрокоптерах, иначе его наличие будет неоправданно и аппарат попросту не будет работать.

Главным правилом является то, что выбирать мотор стоит уже после окончательной сборки квадрокоптера. При планировании присоединять к летающему устройству видеокамеру или иное устройство, стоит учитывать дополнительный вес. Чтобы не перегружать аппарат, необходимо рассчитать тягу, которую можно посмотреть по специальным таблицам. К примеру, если вес аппарата равен 1,5 килограмма, то тяга должна быть в 2 раза больше, то есть быть равной 3 килограммам.

В данном видео рассказывается о моторе для квадрокоптера и принципе его работы, который поможет понять, что вам требуется приобрести для нормальной работы устройства.

Чтобы правильно подобрать двигатель квадрокоптера, стоит тщательно изучить все его характерные свойства. Не менее важную роль играют винты аппарата. Квадрокоптер висит в воздухе за счет нескольких пар несущих винтов, вращающихся в различных направлениях.

Как раз для того, чтобы винты нормально работали, требуется подобрать двигатель на основе параметров своего квадрокоптера. Винты потребляют большую энергию двигателя, и мощность мотора важна при покупке.

Для подбора правильного мотора рекомендуем ознакомиться с различными видеозаписями, где вам подробно расскажут о хороших деталях для квадрокоптера. За счет советов, которые будут давать уже опытные пилоты, можно собрать уникальный квадрокоптер с мощным двигателем.

Зачем нужен мощный двигатель? Во-первых, он позволяет летать аппарату намного быстрее и дольше, совершать определенные маневры. Во-вторых, на квадрокоптер можно повесить дополнительный груз, к примеру, камеру, которая будет снимать материалы при полете на высоте. За счет этого можно сделать качественные снимки.

Следовательно, подбирать двигатель необходимо основываясь на том, какой квадрокоптер вы желаете собрать. Следует подбирать правильную мощность двигателя, иначе аппарат может либо не взлететь, либо вовсе будет неуправляемым. Чтобы избежать этого, необходимо прислушиваться к советам специалистов, и тогда собрать квадрокоптер будет очень просто.

При создании коптера одним из важнейших параметров является время автономного полёта. Если вы хотите, что бы ваш коптер летал как можно дольше, моторы и их несущие винты должны работать в оптимальном режиме с максимальным КПД. Для решения данной задачи нами был спроектирован специальный измерительный стенд, речь о котором и пойдет в данной статье.

Мы занимаемся созданием бесколлекторных моторов и недавно у нас был заказ на мотор для квадрокоптера с тягой не менее 2 Кг на каждый винт. До этого мы не делали моторы под воздушный винт и нам был необходим метод измерения и стенд для мотора с винтом.

Прежде чем начать выбирать оптимальный мотор и винт под него, сперва нужно разобраться какие потери возникают в моторах.

Основными источниками потерь в бесколлекторных моторах являются железо статора и его обмотка.

Потери на железе возникают из-за его перемагничивания. Данные потери условно можно считать пропорциональными оборотам мотора и они задают минимальную потребляемую энергию мотора. Так, например, если вы возьмете большой и мощный мотор для маленького коптера с маленьким винтом, то ничего хорошего у вас не получится. Мотор просто будет вращаться вхолостую с нулевым КПД и греть железо в статоре.

Потери в медной проволоке наоборот не зависят от оборотов, а зависят от тока/потребляемой мощности. Данные потери ограничивают максимальную мощность, которую способен выдать мотор не перегревшись.

Вторым важным элементом при выборе мотора является винт. Малые винты обладают более низкими показателями эффективности г/Вт(1 грамм подъёмной силы/1 Ватт потребляемой мощности), но маленькие винты более динамичны и позволяют быстро набрать скорость на гоночных коптерах. Для достижения максимального времени полёта винт должен соответствовать максимально эффективному режиму работы мотора.

Однако если мы захотим подобрать оптимальные комплектующие для своего коптера, то мы столкнемся с большой проблемой при их выборе. Производители дают минимальный набор характеристик для своего товара. По винтам вообще невозможно найти какой либо информации кроме их размера.

Функционал стенда

На данный момент несколько производителей уже представили на рынок свои стенды. Однако их возможности не сильно превосходит функционал кухонных весов. И данные стенды не способны дать всех характеристик при работе мотора.

Нам же от стенда были необходимы следующие параметры: потребляемая мощность, обороты мотора, тяга винта, момент создаваемый винтом, КПД мотора, эффективность мотора, винта.

Исходя из этих параметров мы спроектировали конструкцию стенда и снабдили его всеми необходимыми датчиками.

Для измерения силы тяги и момента были выбраны хорошо распространённые сейчас датчики с тензосопротивлением. Они обладают хорошей жесткостью и высокой точностью измерения и очень удачно подходят по своей конструкции.

Для измерения остальных параметров были выбраны стандартные для этого датчики: полупроводниковое термосопротивление для температуры, акселерометр для замера вибраций, датчик тока на эффекте холла для измерения тока и делитель для напряжения…

Сердцем нашего стенда является микроконтроллер ATMega328 на плате Arduino Nano. Он собирает показания с датчиков, обрабатывает их и выводит на экран. Данный микроконтроллер оптимально подходит для данной задачи. Он обладает минимальной ценой, не привередлив к питанию, стабилен и имеет достаточное количество интерфейсов для данной задачи.

В результате нашей работы был получен стенд со следующими параметрами:

• Питание через BEC модулю контроллера 5-9В, либо через micro USB
• Измерение тяги до 5Кг с точностью +-5г
• Измерение момента до 3Кг/см с точностью +-5г/см
• Измерение напряжения до 30В с точность +-0.2В
• Измерение тока до 30А с точностью +-0.1А
• Измерение КПД с точностью +-2.5%
• Возможность измерения оборотов винта в диапазоне 1000-15000RPM
• Возможность измерения относительных вибраций.(Можно использовать этот параметр для балансировки мотора с винтом путём уменьшения параметра вибраций)
• Измерение температуры мотора (*на данный момент не полностью реализовано в стенде, нами использовался отдельно подключенный датчик)
• Возможность управления педалью “газа” прямо с пульта

Тестирование

Мы испытали наш стенд на распространенном китайском моторе 2212 и на нашем моторе.

Пример испытания на видео

Китайский мотор во всём диапазоне не смог выдать КПД выше 50%, а его эффективность составила около 4-5г/Ватт. Наш же смог показать КПД выше 70%, при этом он работал на минимуме своей мощности(тест был в пике до 500Вт, теоретический максимум 1500Вт), т.к. размер тестируемого винта маловат для него и с большем винтом КПД только возрастёт. Эффективность же у нас получилась 9г/Ватт. Так что даже с учетом гораздо большего веса мотора, даже небольшой коптер с нашим мотором смог бы летать дольше.)

Экономный вариант

Стенд описанный в данной статье является достаточно сложным и предназначен для точной проработки силовых агрегатов дрона. Для случая, когда охото сэкономить и узнать просто тягу мотора, нами был сделан простой, дешевый адаптер способный выполнить данную функцию.

Данный адаптер крепится одним концом к мотору, вторым к бутылке с водой. Бутылка устанавливается на весы. Далее мотор запускается и тяга измеряется по показаниям весов.

Крепление на адаптере сделано универсальным и подходит практически под все распространенные моторы. На втором конце адаптера находится резьба для накручивания на 5ти литровую бутылку.