Винтомоторная группа, ВМГ – установка, создающая тягу, под воздействием которой винтовой ЛА движется в требуемом направлении.
В ВМГ входят двигатель, воздушный винт
Применительно к мультироторным БПЛА в ВМГ входят моторы и пропеллеры.
Двигатель — это устройство, которое преобразует какой-либо вид энергии в механический и наоборот.
Квадрокоптеры используют два вида двигателей — коллекторные и бесколлекторные.
Коллекторные моторы
Коллекторные двигатели используются в основном на слабых дронах начального уровня, а чаще всего на игрушках. Дело в том, что они не могут развивать значительные обороты и мощность, а это значит у них будет маленькая подъемная сила. Они громоздкие и склонны к поломкам, так как у таких моторов больше трущихся деталей.
Рисунок 123 — Устройство коллекторного мотора
Общий вид щеточного (коллекторного) двигателя
Принцип работы.
Принцип работы коллекторных двигателей: мотор состоит из корпуса, внутри него находятся магниты – плюс и минус, корпус неподвижен, а в движение приводится ротор с обмоткой с помощью щеток, которые подают электричество на обмотку:
Преимущества:
— Низкая стоимость
— Простота конструкции
Недостатки:
— Высокий уровень шумов при работе. Особенно на высоких скоростях. Щетки трутся о коллектор, дополнительно создавая шумы.
— Трение щёток приводит к их искрению и последующему износу.
— Необходимость частого обслуживания коллекторного узла.
— Нестабильность показателей при изменении нагрузки.
— Высокая частота отказов из-за наличия коллектора и щёток, малый срок службы этого узла.
— КПД около 65%
Бесколлекторные двигатели
Все бесколлекторные (бесщеточные) двигатели состоят из 4 компонентов:
Статор.
Статор — это обмотка двигателя, состоящая из трех тонких проводов, которые обматываются вокруг сердечника особым способом .
Провода покрыты эмалью/лаком, чтобы предотвратить короткое замыкание при обмотке и работе.
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 (в сфере пилотов БПЛА прижился термин «колокол»).
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.
Двигатель Outrunner
Принцип работы
В бесколлекторных двигателях коммутация катушек происходит при помощи специальной электронной схемы — регулятора оборотов (Electronic Speed Controller, ESC). Независимо от количества катушек и схемы их внутренней коммутации бесколлекторный двигатель всегда имеет три провода, подключаемые к регулятору. Таким образом, из конструкции двигателя удаляется довольно сложный требующий обслуживания тяжелый и искрящийся узел — коллектор.
Регулятор подает поочередно и в определенное время на эти провода питающее напряжение со сдвигом по фазе. Поскольку выводы катушек подключены к регулятору неразрывно, то катушки смонтированы неподвижно и являются статором, а вращается ротор с прикрепленными к нему постоянными магнитами.
Направление вращения зависит от подключения выводов двигателя к регулятору. Для изменения направления вращения достаточно поменять местами два любых вывода.
В такой конструкции износу подвергаются только подшипники. И их можно менять.
Преимущества:
— Частота вращения изменяется в широком диапазоне;
— Возможность использования во взрывоопасной и агрессивной среде из-за отсутствия искр;
— Большая перегрузочная способность по моменту;
— Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %);
— Большой срок службы, высокая надёжность и повышенный ресурс работы за счёт отсутствия скользящих электрических контактов.
Недостатки:
— Относительно сложная система управления двигателем;
— Выше стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники, валы).
Бесколлекторный двигатель бывает двух видов:
Outrunner показан справа
— Inrunner. Двигатель имеет расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор.
— Outrunner. Двигатель имеет неподвижные обмотки, (внутри) вокруг которых вращается корпус с помещенным на его внутреннюю стенку постоянными магнитами (статор).
При сборке квадрокоптеров чаще всего применяется именно OUTRUNNER.
Размеры моторов.
Размер мотора записывается цифрами.
Циферное обозначение размера мотора
Первые две цифры представляют собой диаметр статора в миллиметрах, а вторые две его высоту.
Замер диаметра статора
ЗАмер высоты статора
Чем больше размер статора, тем больше крутящий момент и мощность двигателя при прочих равных условиях. Соответственно и тем больше требований к аккумулятору.
Также на моторе вы встретите некий параметр измеряемый в единицах KV.
KV — это предельная частота оборотов двигателя при заданном напряжении.
Рассчитывается как количество оборотов в минуту на 1 вольт.
Например, этот мотор имеет 2300 KV. Это означает, что имея источник тока с напряжением 16 вольт, без падения мощности двигателя мы сможем его разогнать максимум до 36800 оборотов в минуту.
Но это без нагрузки, то есть без пропеллера. На вал мотора надеваются пропеллеры, прижимаются гайкой. Поскольку на квадрокоптере одна пара моторов крутится по часовой стрелке, а другая против, то для того, чтобы гайки в полете не откручивались, резьбу на валах делают разного направления.
Направление закручивания гайки должно быть противоположным направлению вращения мотора. Тогда в полете гайка будет затягиваться сама, повинуясь законам физики.
Кроме направления резьбы на валу, моторы для левого и правого вращения ничем больше не отличаются.
Напомним, направление вращения мотора определяется только лишь в порядке переключения его обмоток, который можно задать поменяв провода, подключаемые к регулятору местами, или в настройках регулятора хода.
При выборе мотора вы встретите обозначения CW и CCW, которые обозначают по часовой и против часовой стрелки соответственно.
Китайцы никак не могут прийти к единому мнению, что именно обозначать этой аббревиатурой направление вращения мотора или направление резьбы. Так что если придется покупать замену вышедшему из строя мотору, придется уточнять эти моменты у продавца.
В последнее время производители все чаще отказываются от выпуска моторов с разной резьбой.
В производстве и продаже моторов в одном варианте проще, да и для потребителя выгоднее докупить в комплекте только один запасной мотор, вместо того чтобы всегда иметь в запасе как минимум пару моторов с разной резьбой.
В комплекте с такими моторами идет специальная гайка с нейлоновой вставкой, которая создает напряженный контакт с резьбой болта — откручивание может произойти разве что в момент аварии при блокировании пропеллера.
Для установки моторов на раму их надо просто прикрутить идущими в комплекте винтами.
В зависимости от толщины нижней пластины необходимо подобрать такую длину винта, чтобы он не касался обмотки.
