Kompletny przewodnik po silnikach dronów: typy, żywotność, wybór i często zadawane pytania

 

To pierwsze pytanie, które wielu początkujących napotykają, gdy wchodzą w kontakt z dronami: „Czy silnik dronu używa AC lub DC?" Na pierwszy rzut oka brzmi to jak podstawowe pytanie elektryczne, ale obejmuje połączenie struktury motorycznej, typu zasilania i metody sterowania .

 

Szybka odpowiedź: Większość dronów używa silników DC

Mówiąc dokładniej, większość dronów używa bezszczotkowych silników prądu stałego (BLDC w skrócie) . są zasilane bateriami litowymi, które wysyłają napięcie prądu stałego .a elektroniczny kontroler prędkości (ESC) kontroluje kolejność, w jakiej trójfazowe cewki silnika są energetyzowane, aby napędzać obrót silnika .

 

Podczas pracy ESC przekształca DC w trójfazowe sygnały podobne do SINE lub kwadratowe fale, aby napędzać silnik, nie oznacza to, że silnik jest zasadniczo systemem prądu przemiennego . jego zasilanie i system sterowania jest nadal oparty na logice prądu stałego .

 

Dlaczego nie konwencjonalny silnik AC?

Drony działające na bateriach, więc nie ma dostępnych zasilania prądu przemiennego .

 

Silniki prądu przemiennego są bardziej objętościowe, trudniejsze do kontrolowania i nieodpowiednie dla lekkich dronów;

 

Silniki DC reagują szybciej, ułatwiając szybką regulację prędkości i kontrolowania postawy lotu .

 

Dlatego od adaptacji energii do odpowiedzi kontrolnej silniki DC są najlepszym wyborem dla systemów zasilania UAV .

 

W systemach dronów,Silniki można podzielić na dwie kategorie: szczotkowane silniki DC i bezszczotkowe silniki DC (BLDC) . Pomimo podobnych nazw te dwa różnią się znacznie strukturą, wydajnością i aplikacją .

 

Silnik szczotkowany: prosta struktura, ale stopniowo eliminowana

Silniki szczotkowane używają szczotek węglowych i komutatorów, aby zmienić kierunek prądu . Mają proste metody sterowania i niskie koszty ., jednak są one używane w niektórych tanich, niskich dronach lub modelach zabawek . Kluczową korzyść jest prosta operacja wtyczki i play ., cierpi z powodu szybkiego ubrania, niższej wydajności. Typowa żywotność waha się od 1, 000 do 3, 000 lub żywotność serwisowa około 1 roku .

 

Bezszczotkowy silnik: bardziej wydajny i wybór głównego nurtu

Bezszczotkowy silnik eliminuje mechaniczną strukturę komutacji i jest kontrolowany przez elektroniczny kontroler prędkości (ESC), więc ma następujące zalety:

Brak mechanicznych zużycia, dłuższa żywotność usług;

 

Szybsza reakcja prędkości i dokładniejsza kontrola lotu;

 

Wysoka wydajność, mniej ciepła i lepsza wydajność żywotności baterii;

 

Niski szum, czyniąc je idealnymi do aplikacji takich jak fotografia lotnicza .

 

W dzisiejszych czasach, od dronów konsumenckich po platformy przemysłowe, silniki bezszczotkowe stały się absolutnym głównym nurtem, szczególnie odpowiednim do scenariuszy z wysokimi obciążeniami, częstymi lotami i wysokimi wymaganiami dotyczącymi stabilności .

 

Żywotność silnika jest bezpośrednio związana z długoterminową stabilnością i kosztami konserwacji drona ., szczególnie w scenariuszach lotu komercyjnego lub wysokiej częstotliwości, trwałość silnika jest jednym z kluczowych punktów, na które należy zwrócić uwagę przy wyborze modelu .}

 

Silnik szczotkowany: krótka żywotność, odpowiednia do użytku jednorazowego lub lekkiego

Ze względu na ciągłe tarcia między szczotkami węglowymi a komutatorem, szczotkowany silnik będzie stopniowo zużywać się podczas pracy, co powoduje zmniejszoną wydajność, zwiększoną wytwarzanie ciepła i ostatecznie degradację wydajności . ogólnie mówiąc:

Życie usługowe wynosi około 1000 ~ 3000 godzin;

 

Jeśli często latasz, zwykle musisz go wymienić za około rok;

 

Odpowiednie dla tanich dronów lub rzadko używanego sprzętu do nauczania/rozrywki .

 

Silnik bezszczotkowy: dłuższe życie i bardziej stabilne

Bezszczotkowy silnik eliminuje fizyczną strukturę tarcia, a jego zużycie koncentruje się głównie w części łożyskowej, więc ogólna żywotność jest dłuższa .Jeśli jest używana prawidłowo i przeprowadzana jest podstawowa konserwacja (takie jak wodoodporność, odporność na kurz i regularne czyszczenie):

Żywotność serwisowa może osiągnąć ponad 5 godzin 000, nawet znacznie przekraczając żywotność baterii i stojaka;

 

Może również zachować dobrą wydajność i reakcję podczas długoterminowego działania;

 

Jest szczególnie odpowiedni dla platform UAV, które wymagają wysokiej niezawodności, takich jak fotografia lotnicza, rolnictwo i kontrola .

 

Oczywiście, bez względu na to, jaki rodzaj silnika, na jego życie wpływają również następujące czynniki:

Wyższe obciążenie i częste loty przyspieszają zużycie silnika .

 

Słabe rozpraszanie ciepła: ciągłe wysokie temperatury przyspieszają zużycie łożyska;

 

Poziom ochrony: czy silnik ma wodoodporną i odporną strukturę, jest związany z jego oporem środowiskowym .

 

To pytanie może wydawać się proste, ale w rzeczywistości jest ściśle powiązane ze strukturą drona . liczba silników określa stabilność lotu, pojemność obciążenia i złożoność sterowania całego drona .

 

Drony wielozadaniowe: quadkoptery są głównym nurtem

Najczęstsze drony konsumenckie i komercyjne to prawie wszystkie projekty wielozadaniowe, które są podzielone na następujące kategorie zgodnie z liczbą silników:

Nazwa modelu	Liczba silników	Funkcje i aplikacje
Quadcopter	4	Najczęstsze, odpowiednie do fotografii lotniczej, przejścia i codziennego lotu
Sześciokąta	6	Poprawa pojemności obciążenia i nadmiarowość do użytku przemysłowego/rolniczego
Oktokopter	8	Wysoka pojemność, zwiększona tolerancja błędów, wykorzystywana do profesjonalnej fotografii powietrznej i badań
Tri-Rotor / Twin-Rotor	2~3	Głównie widoczne na dronach o stałym lub hybrydowym

 

Ogólnie rzecz biorąc, każdy wirnik wymaga silnika ., tym więcej wirników, tym bardziej złożony będzie system sterowania, ale stabilność lotu i pojemność przenoszenia również zostaną ulepszone .

 

Drony o stałym skrzydle: 1 ~ 2 silniki

W przeciwieństwie do dronów wielozadaniowych, drony o stałym skrzydle zwykle używają tylko jednego głównego silnika napędowego (czasami z silnikiem startu i lądowania ogona/pionowego), który jest odpowiedni do lotu na duże odległości i dłuższej wytrzymałości, ale ma wyższe wymagania dotyczące przestrzeni startowej i lądowania .

 

Prawie każdy, kto używał drona, miał takie doświadczenie: jak tylko silnik się uruchomi, cały samolot natychmiast emituje „brzęczący" dźwięk o wysokiej częstotliwości, szczególnie podczas startu i przyspieszenia ., więc dlaczego silnik drona jest tak głośny? Kluczem do problemu nie jest sam silnik .

 

Prawdziwym „źródłem szumu" jest śmigło

Głównym źródłem hałasu w dronach są turbulencje powietrza i opór aerodynamiczny spowodowany szybkim śmigiełami podczas szybkiego obrotu, a nie szum elektromagnetyczny lub mechaniczny silnika . w szczególności:

Im wyższa prędkość, tym bardziej gwałtowne zaburzenia powietrza i głośniej hałas;

 

Im większy śmigło i bardziej strome boisko, tym bardziej zauważalny jest dźwięk ścinania wiatru;

 

Podczas latania z dużą prędkością lub z dużym obciążeniem silnik musi wyjść moment wyjściowy z dużą prędkością, powodując dalsze zwiększenie szumu .

 

Sama struktura motoryczna również wpływa na hałas, ale jest mniejszy

Bezszczotkowe silniki są na ogół cichsze niż silniki szczotkowane, ponieważ nie mają tarcia z pędzla węglowego;

 

Metoda kontroli jest również istotna ., na przykład kontrola fali kwadratowej generuje więcej szumu o wysokiej częstotliwości niż fala sinusoidalna foc .

 

Ale ogólnie sam silnik stanowi tylko niewielką część źródła szumu .

 

Sugestie redukcji szumów

Wybierz cichszą konstrukcję śmigła (e . g . zakrzywiona końcówka śmigła, łopatki ograniczające szum);

 

Staraj się unikać długoterminowych lotów z pełnym obciążeniem;

 

Korzystanie z wysokiej jakości silników i escs fali sinusoidalnej może dodatkowo zmniejszyć szum systemowy .

 

Wybór odpowiedniego silnika jest warunkiem wstępnym zapewnienia stabilnego, bezpiecznego i wydajnego lotu drona ., zwłaszcza na samodzielnych lub niestandardowych platformach lotniczych, wybór silników musi być łączony z wieloma parametrami, a nie „patrząc na moc" .}

 

1. Całkowita waga ma znaczenie

Pęd silnika musi być wystarczający, aby pokonać ciężar całej maszyny, w tym następujące:

Stojak na samoloty

 

Bateria

 

Kontrolery, GPS, czujniki i inne systemy elektroniczne

 

Ładunek (e . g . kamera, system sprayu)

 

Powszechnie zalecany stosunek pęd do masy wynosi 2: 1 do 3: 1, to znaczy:

 

W przypadku drona 2 kg każdy silnik powinien idealnie dostarczyć 1–1 . 5 kg ciągu.

 

W quadkopterie każdy silnik musi zapewnić co najmniej 500 g stabilnego ciągu .

 

2. Rozmiar ramki określa kombinację śmigła i silnika

Silnik nie działa w izolacji-musi być sparowany z odpowiednim rozmiarem śmigła . Rozmiar śmigła jest ograniczony rozstawą osi i długości ramienia ramy dronów .

Duże śmigierze (takie jak te większe niż 12 cali) są odpowiednie do silników o niskim kV, które są odpowiednie do fotografii lotniczej i zadań zawierających obciążenie;

 

Małe śmigłowce (takie jak 5- cal i 6- cala) są odpowiednie dla silników o wysokiej kv i są odpowiednie do wyścigów lub szybkich manewrów .

 

Im większa struktura ramy, tym większy rozmiar silnika i tym większa pojemność rozpraszania ciepła, które można użyć, ale waga całej maszyny również odpowiednio wzrośnie .

 

3. Inne parametry: napięcie, prąd i kompatybilność ESC

Znamione napięcie silnika musi pasować do akumulatora (na przykład akumulator 6S można dostosować do silnika obsługującego napięcie 22 . 2V).

 

Maksymalny prąd wpływa na wybór ESC, a margines 20-30% musi być zarezerwowany;

 

Jeśli stosuje się z wysokowydajnymi ESCS (takimi jak FOC ESC), zaleca się wybór silników o niskiej do średnich kv z szybką reakcją i stabilnym momentem obrotowym .

 

Przy zakupie lub porównywaniu silników dronów parametr „wartość KV" jest często wymieniany . Wiele osób uważa, że im wyższy kv, tym silniejszy silnik i szybciej będzie latał, ale tak nie jest .

 

Jaka jest wartość KV?

Wartość KV odnosi się do prędkości, którą silnik może wygenerować w warunkach bez obciążenia dla każdego zastosowanego napięcia 1 V (w RPM/V) . Na przykład silnik 1000 KV ma teoretyczną prędkość bez obciążenia 10 000 obr./min na napięcie 10 V .}

 

Odzwierciedla charakterystykę prędkości silnika, a nie ogólną jakość .

 

Wyższa wartość KV ≠ lepszy silnik

Wysoki silnik KV: szybka prędkość, ale niski moment obrotowy, odpowiedni do lekkiego obciążenia, krótkoterminowy lot dużych prędkości (takich jak drony wyścigowe);

 

Niski silnik KV: niewielka prędkość, ale wysoki moment obrotowy, bardziej odpowiednie do zastosowań o dużych obciążeniach i wysokich wymaganiach do stabilnego lotu (takie jak fotografia lotnicza i drony rolnicze);

 

Ponadto wartość KV wpływa również na rodzaj śmigła, których można użyć:

Silniki o wysokiej kv są zwykle sparowane z krótkimi śmigieł;

 

Niskie silniki KV są odpowiednie dla dużych śmigieł, co pomaga poprawić ciąg i wydajność .

 

Jak określić odpowiedni zakres KV?

Zależy to od kilku czynników:

Napięcie akumulatora: im wyższe napięcie, tym wyższa faktyczna prędkość i wartość KV powinna zostać odpowiednio zmniejszona;

 

Rozmiar ostrzy: duże ostrza z niskim KV, małe ostrza o wysokim KV;

 

Misja lotnicza: Jeśli potrzebujesz manewrowalności, wybierz wysoki KV; Jeśli potrzebujesz stabilności i wytrzymałości, wybierz niski KV .

 

W obliczu szerokiej gamy silników na rynku wiele osób ma to pytanie: który z nich powinienem wybrać? Czy istnieje powszechnie „najlepszy" silnik? W rzeczywistości w dziedzinie dronów nie ma absolutnie „najlepszego" silnika, tylko ten, który najlepiej odpowiada Twoim potrzebom lotu, warunkom strukturalnym i budżecie .

 

Pierwsza podstawa do wyboru silnika: waga maszyny

Cięższe drony wymagają silniejszych silników, aby płynnie wystartować i utrzymywać stabilny lot ., obejmuje to nie tylko wagę samej ramy, ale także wagę baterii, systemu kontroli lotu, śmigła i ładunku (takie jak kamery, opryskiwacze) itp..

 

Po ustaleniu całkowitej wagi można wywnioskować całkowity ciąg wymagany przez silnik, a następnie zakres ciągu, który powinien mieć każdy silnik, można obliczyć na podstawie liczby osi .

 

Na przykład:

W przypadku drona quadcoptera o całkowitej masie 4 kg zaleca się, aby pchnięcie każdego silnika wynosił co najmniej 1 . 5 kg ~ 2 kg, pozostawiając pewną redundancję, aby zapewnić stabilny lot.

 

Druga podstawa: rozmiar stojaka

Rozmiar ramy dronów określa długość śmigieł, których można użyć, co z kolei bezpośrednio wpływa na wybór silnika:

Większe ramki można sparować z dużymi śmigłą + silnikami o niskim kv, aby poprawić wydajność i stabilność;

 

Mniejsza rama ogranicza długość ostrza i należy ją dopasować do silnika wysokiego KV, aby zwiększyć prędkość, aby zrekompensować ciąg .

 

Innymi słowy, silnik, śmigła i ramka są połączone razem i nie można ich rozważyć osobno .

 

Trzecia podstawa: misja lotnicza

Różne scenariusze misji mają różne wymagania dotyczące wydajności dla silników:

W przypadku zadań takich jak fotografia i kontrola lotnicza stabilność, niski hałas i wydajność wytrzymałości silnika jest ważniejsza;

 

Wyścigi, latające drony i inne sceny wymagają przyspieszenia, prędkości reakcji i mocy wybuchowej silnika;

 

Platformy takie jak rolnictwo i logistyka wymagają silników o niskim KV, wysokim momencie obrotowym i wysokim obciążeniu .

 

Jeśli szukasz wysokowydajnych, stabilnych i niezawodnych roztworów silnikowych dla różnych rodzajów dronów, VSD zapewnia wiele modeli bezszczotkowych silników wirników, obejmujących szeroką gamę potrzeb zastosowań, od lekkich dronów krzyżowych po fotografię lotniczą i platformy rolnicze .}

 

Modele silnikowe VSD na gorąco na pierwszy rzut oka:

model	Zakres wartości KV	Zalecane zastosowania	Maksymalny ciąg
5315 silnik dronów	380KV	Fotografia lotnicza klasy przemysłowej/platforma logistyczna wielozadaniowa	9034g
4720 silnik dronów	420 kV	Drony rolnicze/Drony Inspekcyjne	7232g
3115 Silnik dronów	900–1520 kV	Średniej wielkości przeglądanie, fotografia lotnicza i platforma lotnicza nośna	4185g
2808 Silnik dronów	1300–1950KV	Samoloty o średnim obciążeniu i samoloty treningowe	2910g
2812 Silnik dronów	900KV	Wielozadaniowa, stabilna platforma lotnicza wytrzymałościowa	2710g
2807 Silnik dronów	1350–1750KV	Elastyczna platforma wielopasmowa, kontrola środowiska	2728g
2306 Silnik dronów	1800–2400KV	Drony biegowe, drony wyścigowe	1683g
2207 silnik dronów	1960KV	Lekkie FPV, samolot podstawowy	1702g

 

Dlaczego warto wybrać silniki VSD?

Różnorodne opcje dostosowywania KV w celu dopasowania do różnych platform napięcia (3s ~ 12s)

 

Wypełnij dane testowe i raport wydajności dla każdego silnika

 

Przed opuszczeniem fabryki przeszła testowanie statyczne + testowanie ciągu + weryfikacja starzenia się o wysokiej temperaturze

 

Może dostarczyć sugestie dotyczące dopasowania ESC, adaptację śmigła, usługi OEM/ODM

 

Potrzebujesz szczegółowych specyfikacji lub porady technicznej? Skontaktuj się z nami w celu podręcznika produktów, próbek lub konsultacji technicznych .