Guide du moteur multirotor – RotorDrone

Où commencer? Décidez d'abord de la taille du moteur

Répondez d'abord à ces deux questions:

  • Quel est le poids total de votre quadcopter?
  • Quelle est la taille du cadre?

Le poids total de votre quadcopter peut être votre meilleure estimation, car vous ne l'avez pas encore construit. Il devrait inclure tout: cadre, contrôleur de vol, PDB, fils, moteurs, batterie, charge utile (par exemple, caméra HD et cardans), etc.

Si vous connaissez la taille du cadre, vous pouvez déterminer la bonne taille d'hélice.

En utilisant le poids et la taille de l'hélice, vous pouvez généralement calculer la poussée nécessaire aux moteurs pour décoller et faire voler le quadcopter à grande vitesse.

Rapport poussée / poids

Une règle générale est que les moteurs doivent être capables de fournir deux fois plus de poussée que le poids total du quad. Si la poussée fournie par les moteurs est trop faible, le quad ne réagira pas bien à votre contrôle et peut même rencontrer des problèmes au décollage.

Par exemple, au hasard, nous avions un quadcopter qui pèse 1 kg, la poussée totale créée par les moteurs à 100% des gaz ne devrait pas être inférieure à 2 kg, ou 500 g pour chaque moteur (qui est multipliée par 4 pour un quadcopter).

Cela vous donnera un meilleur contrôle, ainsi que l'espace pour inclure une charge utile supplémentaire plus tard (comme des caméras plus lourdes ou éventuellement des batteries supplémentaires pour prolonger le temps de vol).

Taille du moteur et KV

Les moteurs sans balais sont généralement classés par un numéro à quatre chiffres, tel que ** ##. où comme les chiffres «**» sont la largeur du stator et «##» est la hauteur du stator. Essentiellement, plus le moteur est large et haut, plus les nombres sont grands et plus il peut produire de couple.

KV est un autre paramètre essentiel. Il s'agit de l'augmentation théorique du régime moteur (rotation par minute) lorsque la tension monte de 1 volt sans charge. Par exemple, lors du fonctionnement d'un moteur 2300KV avec une batterie LiPo 3S (12,6V), le moteur tournerait à environ 28980 tr / min. (2300 x 12,6 V = 28980) Il ne s'agit que d'une estimation.

Dans tous les cas, une fois que vous avez monté une hélice sur le moteur, le régime ne sera pas aussi élevé en raison de la résistance des hélices. Des moteurs KV plus élevés feraient tourner l'hélice plus rapidement avec moins de couple, et des moteurs KV inférieurs créeraient un couple plus élevé avec moins de rotation. Des accessoires plus gros sont associés à des moteurs à faible KV et des accessoires plus petits à des moteurs à KV élevé.

Il est important de trouver un équilibre entre le régime et le couple lors du choix du moteur et de l'hélice.

En faisant correspondre des moteurs à KV élevé avec des hélices trop grandes, les moteurs essaieront de les faire tourner rapidement comme ils le feraient avec des hélices plus petites, ce qui attirera beaucoup de courant et produira une quantité excessive de chaleur.

N et P

Vous pouvez rarement observer quelque chose comme «12N14P». Le nombre avant la lettre N se réfère à la quantité d'électroaimants dans le stator, et le nombre avant P se réfère à la quantité d'aimants perpétuels dans le moteur.

La plupart des moteurs ont le même agencement 12N14P, cependant, certains moteurs à KV inférieur ont plus d'électroaimants et d'aimants durables pour augmenter le couple et être plus productifs (et seraient plus coûteux).

Taille du cadre = taille prop = taille du moteur et KV

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Dans la grande majorité des cas, la connaissance de la taille du cadre nous permet d'estimer le type de moteur à utiliser. Cela est dû au fait que la taille du cadre limite la taille des accessoires et que la mesure des accessoires limite la taille du moteur et le KV.

Ce tableau ci-dessous vous donne quelques réflexions et est basé sur l'utilisation d'une batterie LiPo 4S. La taille du cadre fait référence à l'empattement (autrement connu comme la distance moteur à moteur).

Taille du cadreTaille de l'héliceTaille du moteurKV
150 mm ou moins3 ″ ou plus petit1306 ou moins3000KV ou supérieur
180mm4 ″18062600KV
210mm5 ″2204-22062300KV-2600KV
250 mm6 ″2204-22082000KV-2300KV
350 mmsept"22081600KV
450 mm8 ″, 9 ″, 10 ″2212 ou plus1000KV ou moins

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Tension et courant d'appel

Il est également essentiel de comprendre que la tension affectera largement le choix de votre moteur et de votre hélice. Votre moteur tentera de tourner plus rapidement quand une tension plus élevée est connectée, et il tirera également un courant plus élevé.

Comprendre les moteurs CC à balais

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Caractéristiques:

  • Dimension: 8 mm (diamètre) x 23 mm (longueur)
  • Tension: 3,2 V
  • kV: 13000+
  • Résistance terminale: 0,63 ohm
  • Tr / min sans charge: 37850
  • Pas de courant de charge: 130mA
  • Couple constant: 0,79 mNm / A
  • Poids du moteur: 6,2 g

Comparaison entre les moteurs

Après avoir réglé la taille et le KV des moteurs, avant de choisir le meilleur moteur pour votre application, vous devez considérer les composants d'accompagnement:

  • Poussée
  • Tirage actuel
  • Efficacité
  • Poids – Momentum d'inertie

Le choix ici dépend vraiment de votre préférence, de la façon dont vous avez besoin de votre avion pour performer.

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Une poussée plus élevée vous donne la meilleure vitesse, en plus vous devez regarder l'efficacité, en vous assurant qu'elle n'utilise pas une énorme quantité de puissance qui dépasserait ce que votre équipement de support (batterie, contrôle de vitesse).

De même, votre choix de moteur et d'hélice influencera également votre sélection de batteries. Si votre quad consomme beaucoup de courant à plein régime, le taux de décharge maximal de votre batterie doit avoir la capacité de suivre afin de pouvoir répondre aux besoins en énergie, et afin qu'ils ne surchauffent pas et ne gonflent pas (c'est là que le C note vient).

Plus de conseils sur l'efficacité du moteur

  1. Un multirotor est plus productif et efficace lorsqu'il est aussi léger que prévu dans les circonstances. Vous pouvez trouver le bon équilibre lors du choix des batteries LiPo pour votre multicoptère.
  2. La batterie et le poids sont les facteurs clés que nous devons considérer en ce qui concerne l'efficacité énergétique générale. Au moment de choisir des moteurs, outre le moteur KV et la poussée, nous devons également examiner la productivité du moteur.
  3. La même chose s'applique au moteur sans balais: plus la compétence est élevée, mieux c'est. Un moteur compétent à 70% produit 70% de puissance et 30% de chaleur. Un moteur efficace à 90% produit 90% de puissance et 10% de chaleur.

Caractéristiques des moteurs à considérer

  • Arbre plein / creux
  • Type d'aimants (N52, N54)
  • Aimants d'arc
  • Entrefers plus petits
  • Onglets de soudure sur le moteur
  • Intégration du contrôle de vitesse
  • Conception de refroidissement

Différence entre les moteurs CC à balais et les moteurs sans balais

Un moteur CC «brossé» a une armature tournante (un ensemble de bobines de fil enroulé) qui agit comme un électro-aimant à deux pôles. Un commutateur rotatif appelé commutateur inverse le sens du courant électrique deux fois par cycle, pour traverser l'armature de sorte que les pôles de l'électro-aimant poussent et tirent contre les aimants permanents à l'extérieur du moteur.

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Un moteur CC «sans balais» n'utilise pas de balais. Il utilise un aimant permanent et accomplit la commutation en commutant électroniquement la polarité. Afin d'accomplir ceci d'une manière contrôlée, un mécanisme de rétroaction de vitesse et un contrôleur électronique sont nécessaires. Le contrôleur peut être monté sur le moteur ou peut être un élément séparé.

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  1. Application
    Moteur sans balais: largement utilisé dans la machine qui nécessite une vitesse de rotation élevée et une puissance contrôlée.
    Moteur de brosse: il est largement utilisé dans des choses comme le moteur de ventilateur, les outils électriques, etc.
  2. Durée de vie
    Moteur sans balais: la durée de vie est supérieure à mille heures
    Moteur de brosse: la durée de vie est inférieure à mille heures.
  3. Économie d'énergie:
    Le moteur sans balais est beaucoup plus efficace et économe en énergie que les moteurs à balais. Pendant que le moteur est brossé, nécessite un entretien pour changer les balais de charbon dans un manoir opportun, sinon le moteur pourrait être endommagé.

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Les moteurs CC à balais sont des moteurs à commutation mécanique qui conviennent aux applications à grande vitesse. Les moteurs CC à balais sont faciles à produire et rentables lorsqu'une longue durée de vie n'est pas requise.

Pourquoi un moteur à courant continu brossé?

Le moteur à courant continu brossé est le moteur classique utilisé dans des applications telles que les jouets motorisés, les appareils électroménagers et les périphériques d'ordinateur. Ce type de moteur est peu coûteux, efficace et utile pour fournir une vitesse et une puissance élevées dans un boîtier relativement petit.

Comment fonctionne le DC brossé?

Ce type de moteur à courant continu comporte un dispositif à anneau fendu appelé un commutateur autour du milieu. Lorsque l'alimentation CC est appliquée, l'énergie électromagnétique repousse l'armature, provoquant une rotation.

Motor Brushed Pros

  • Commande à deux fils
  • Brosses remplaçables pour une durée de vie prolongée
  • Faible coût de construction
  • Commande simple et peu coûteuse
  • Aucun contrôleur n'est requis pour des vitesses fixes
  • Fonctionne dans des environnements extrêmes en raison du manque d'électronique

Contre moteur brossé

  • Un entretien périodique est requis
  • La vitesse / couple est modérément plat. À des vitesses plus élevées, le frottement des brosses augmente, réduisant ainsi le couple utile
  • Mauvaise dissipation thermique due à la construction interne du rotor
  • Inertie du rotor plus élevée qui limite les caractéristiques dynamiques
  • Plage de vitesse inférieure en raison des limitations mécaniques des brosses
  • L'arc de pinceau générera du bruit provoquant des interférences électromagnétiques

Comment trouver le moteur CC à balais qui vous convient?

Il existe de nombreux types de moteurs à balais qui sont plats ou rectangulaires pour l'alimentation et le chargement, et ceux ronds sont principalement utilisés pour les broches. Vous pouvez également sélectionner un moteur de brosse en fonction de la charge nominale / vitesse de rotation, en fonction de vos caractéristiques de couple / vitesse requises.

Sélection par charge nominale / vitesse de rotation

Les caractéristiques typiques de couple / vitesse pour chaque taille de moteur sont indiquées ci-dessous pour référence lors de la sélection d'un moteur.

Tension nominale (V)Plage de tension (V)Charge nominale (mNm)Couple de démarrage (mNm)Vitesse de charge nominale (tr / min)
PYN133.00 ~ 4,00,1 (1 gf.cm)0,417 900
PNN31,50 ~ 3,00,03 (0,3 gf.cm)0,098 200
PNN71,50 ~ 3,00,1 (1 gf.cm)0,235 600
PNN133.01.0 ~ 4.00,15 (1,5 gf.cm)0,5 ~ 0,68900 ~ 12000
PKN72.00 ~ 4,50,2 (2 gf.cm)0,4 ~ 0,63790 ~ 7050
PKN123.00 ~ 4,50,2 (2 gf.cm)0,63 ~ 0,97250 ~ 10540
M1N63 ~ 51.0 ~ 6.00,2 ~ 0,3 (2 ~ 3gf.cm)0,67 ~ 2,075980 ~ 15600
M1N102 ~ 50,5 ~ 8,00,2 ~ 0,3 (2 ~ 3gf.cm)0,78 ~ 1,903010 ~ 11220
PPN72,5 ~ 6,01.0 ~ 7.50,1 ~ 0,5 (1 ~ 5 gf.cm)0,68 ~ 2,882600 ~ 11600
PPN132,0 ~ 9,61.0 ~ 11.00,2 ~ 1,47 (2 ~ 15 gf.cm)1,37 ~ 4,082700 ~ 9700
PWN106.0 ~ 12.05,0 ~ 12,01,96 (20 gf.cm)5.2 ~ 9.54870 ~ 8400
PAN1412,09,0 ~ 14,510,0 (102 gf.cm)35,409 730
MXN136.0 ~ 12.03.0 ~ 14.02,9 ~ 4,9 (30 ~ 50gf.cm)8,83 ~ 13,731900 ~ 4520
MDN12.00,7 ~ 6,00,29 (3 g.cm)0,8 ~ 1,11360 ~ 2250
MDN22.0 ~ 5.00,7 ~ 6,00,39 ~ 1,47 (4 ~ 15g.cm)1,2 ~ 2,82750 ~ 2900
MDN32 ~ 30,7 ~ 6,00,39 (4 gf.cm)1,2 ~ 2,81480 ~ 2590

Moteurs CC sans balais

Traditionnellement, de nombreux besoins en moteurs ont été satisfaits en utilisant des moteurs CC à balais. Ces moteurs utilisent les balais pour déplacer le commutateur, ce qui crée le couple de rotation nécessaire pour qu'il fonctionne. Dans un moteur sans balais, la commutation se fait électroniquement. Il n'y a pas besoin de balais, car le couple est fonction de l'action électronique du moteur sans balais sur le commutateur.

Pourquoi utiliser un moteur sans balais?

Avec un moteur à courant continu sans balais, également appelé moteur BLDC, il n'est jamais nécessaire de se préoccuper de l'état des balais, ce qui pourrait nécessiter la mise hors service et la restauration du moteur. Les moteurs sans balais peuvent être tout aussi efficaces pour un fonctionnement à grande vitesse qu'un moteur à balais, sinon plus, et comme il n'y a pas de balais à remplacer, un balais sans balai peut avoir une durée de vie supérieure à 10 000 heures.

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Pour un projet où un moteur ne sera utilisé que pendant une courte période, un moteur à courant continu brossé peut être suffisant et rentable. Mais s'il doit être utilisé en continu, en particulier s'il doit consommer beaucoup d'énergie, un moteur sans balais est un bien meilleur choix.

Les moteurs sans balais peuvent être utilisés dans une grande variété d'applications. Les moteurs sans balais de faible puissance peuvent être utilisés pour propulser des modèles réduits d'avions radiocommandés, tandis que les moteurs sans balais de haute puissance peuvent être utilisés pour les véhicules électriques et les machines industrielles.

Construction du moteur BLDC et théorie de fonctionnement

Pour comprendre pourquoi un moteur BLDC est si efficace, il est important de bien comprendre comment il fonctionne. Il existe en fait deux types différents, avec des avantages et des inconvénients différents. Bien que l'un ou l'autre soit probablement efficace pour la plupart des emplois, vous souhaiterez peut-être vous familiariser avec les deux types, juste au cas où l'un serait plus approprié pour votre projet ou votre application que l'autre.

Tout moteur BLDC a deux parties principales; le rotor, la partie tournante, et le stator, la partie fixe. Les autres parties importantes du moteur sont les enroulements du stator et les aimants du rotor.

Il existe deux modèles de moteur BLDC de base: le rotor interne et le rotor externe.

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Dans une conception de rotor externe, les enroulements sont situés dans le noyau du moteur. Les aimants du rotor entourent les enroulements du stator comme illustré ici. Les aimants du rotor agissent comme un isolant, réduisant ainsi le taux de dissipation thermique du moteur. En raison de l'emplacement des enroulements du stator, les conceptions de rotor externe fonctionnent généralement à des cycles de service inférieurs ou à un courant nominal inférieur. Le principal avantage d'un moteur BLDC à rotor extérieur est le couple de denture relativement faible.

Outrunner Motor

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Dans une conception de rotor interne, les enroulements du stator entourent le rotor et sont fixés au boîtier du moteur comme illustré ici. Le principal avantage d'une construction de rotor interne est sa capacité à dissiper la chaleur. La capacité d'un moteur à dissiper la chaleur a un impact direct sur sa capacité à produire un couple. Pour cette raison, l'écrasante majorité des moteurs BLDC utilise une conception de rotor interne. Un autre avantage d'une conception de rotor interne est une inertie du rotor inférieure.

Moteur Inrunner

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Avantages du moteur BLDC:

Si vous ne savez toujours pas si ce moteur vous convient ou non, voici une ventilation de base de certains des principaux avantages du moteur BLDC.

  • Fonctionnement à grande vitesse – Un moteur BLDC peut fonctionner à des vitesses supérieures à 10 000 tr / min dans des conditions chargées et non chargées.
  • Réactivité et accélération rapide – Les moteurs CC sans balais à rotor interne ont une faible inertie du rotor, ce qui leur permet d'accélérer, de décélérer et d'inverser rapidement la direction.
  • Haute densité de puissance – Les moteurs BLDC ont le couple de fonctionnement par pouce cube le plus élevé de tous les moteurs à courant continu.
  • Haute fiabilité – Les moteurs BLDC n'ont pas de balais, ce qui signifie qu'ils sont plus fiables et ont une durée de vie de plus de 10 000 heures. Cela se traduit par moins de cas de remplacement ou de réparation et moins de temps d'arrêt global pour votre projet.

BLDC Motor Pros

  • Commutation électronique basée sur des capteurs de position Hall
  • Moins d'entretien requis en raison de l'absence de brosses
  • Vitesse / Couple à plat, permet un fonctionnement à toutes les vitesses avec une charge nominale
  • Haute efficacité, aucune chute de tension entre les brosses
  • Puissance de sortie élevée / taille de trame. Taille réduite en raison de caractéristiques thermiques supérieures. Parce que BLDC a les enroulements sur le stator, qui est connecté au boîtier, la dissipation thermique est meilleure
  • Plage de vitesse plus élevée – aucune limitation mécanique imposée par les brosses / le commutateur
  • Faible génération de bruit électrique

BLDC Motor Cons

  • Coût de construction plus élevé
  • Le contrôle est complexe et coûteux
  • Un contrôleur électrique est nécessaire pour maintenir le moteur en marche. Il offre le double du prix du moteur.

Avantages entre rotor externe et moteurs à rotor interne?

L'avantage d'un moteur à rotor extérieur est le couple. Ces ensembles plus petits peuvent produire plus de couple que les moteurs de taille de rotor interne équivalents. Ceci est accompli par le bras de moment plus grand de l'aimant du rotor extérieur rotatif. Un inconvénient est la capacité de vitesse. Si des vitesses élevées dépassant 6 000 tr / min sont requises, il est recommandé d'utiliser un moteur de construction à rotor interne.

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