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DRONE10

GUIDA DEFINITIVA SU COME SCEGLIERE I MOTORI BRUSHLESS PER IL TUO DRONE FPV

motori

Se fino a poco tempo fa scegliere il motore per il drone era un gioco da ragazzi oggi lo scenario è cambiato completamente, come scegliere il motore giusto con un mercato cosi ampio?

Ci sono nuove tipologie di motori e scegliere è complicato.In questa guida spieghiamo approfonditamente come scegliere il motore giusto per il vostro Drone, le caratteristiche da tenere d’occhio e altri fattori che possono influenzare le prestazioni e l’efficienza di un motore. Questo ti aiuterà a scegliere il motore ottimale ed efficace per la costruzione del tuo drone da corsa.

Tipi di motori:

genere Definizione Applicazione Durata Risparmio energetico
Motore DC spazzolato I motori DC spazzolati sono dotati di un’armatura rotante che funziona come un elettromagnete con due poli. È collegato un interruttore rotante che aiuta a invertire la direzione della corrente per ogni mezzo ciclo, in modo che i poli possano essere spinti o tirati contro magneti permanenti collegati all’esterno del motore. È comunemente usato come strumento elettrico per i droni. Può servire gli utenti fino a 1000 ore o meno. Nel caso di progetti di motori Brushed, è necessario investire sulla manutenzione continua per le frizioni di carbonio per garantire un consumo energetico adeguato e un funzionamento soddisfacente.
Motore DC senza spazzole I motori DC senza spazzole non possiedono spazzole, hanno solo un magnete permanente e si commutano con i cambiamenti di polarità elettronica. I suoi movimenti possono essere controllati tramite un controller elettronico dedicato e un meccanismo di feedback della velocità. Questi motori sono comunemente usati per i droni che richiedono velocità di rotazione più elevate per gestire i voli. I motori DC spazzolati sono in grado di funzionare efficacemente fino a più di 1000 ore I motori brushless sono ad alta efficienza energetica rispetto a quelli spazzolati.

Verdetto:

COME SCEGLIERE UN MOTORE OTTIMALE DA DOVE INIZIARE?

Dimensione del telaio

Prima di tutto, è necessario conoscere la dimensione del telaio (frame) . Questo determinerà quali eliche e motori sarete in grado di utilizzare nel vostro quadricottero.

Peso totale del quad

È possibile stimare il peso totale del quadricoptero una volta selezionati tutti i componenti. Dovrebbe includere tutto ciò che si intende prendere a bordo: frame, FC, PDB, RX, VTX, antenna, motori, eliche, ESC, batteria LiPo, carico utile aggiuntivo come la GoPro e così via. Aggiungere 10-20 grammi per compensare fili, cicalini, fascette ecc. È anche una buona pratica.

Probabilmente non otterrai esattamente il grammo, ed è meglio sovrastimare il peso e avere un potere extra rispetto alla sottostima e non essere in grado di volare.

Requisito di spinta

Una volta calcolato il peso del quadricottero e le dimensioni del telaio, ora è possibile calcolare approssimativamente la spinta che il motore e la combinazione di elica devono fornire per sollevare l’aereo.

Rapporto peso / spinta

Una regola generale è che dovresti essere in grado di fornire almeno il doppio della spinta rispetto al peso totale del quad. Ricorda che questo è il minimo indispensabile per assicurarti di avere un elicottero stabile che sia facile da controllare. Se la spinta fornita dai motori è troppo piccola, l’elicottero non risponderà bene ai comandi, potrebbe persino avere difficoltà a decollare.

Per esempio se abbiamo un quadricottero che pesa 1Kg, la spinta totale generata dai motori al 100% dell’acceleratore dovrebbe essere di almeno 2Kg, o 500g per motore (per un quadricottero). Certo, è sempre bello avere più spinta disponibile del necessario …

Per volare più velocemente come le corse di droni, dovresti aspettarti che il rapporto peso / potenza diventi molto più alto di questo. Non è raro vedere qualcuno costruire un mini quad che può raggiungere il rapporto di spinta in rapporto 10: 1 o addirittura 13: 1. In generale, per un drone race, consigliamo di avere almeno 5: 1.

Con un rapporto spinta / peso più elevato, un quadricottero avrà una migliore agilità e accelerazione. Quando il rapporto spinta / peso è troppo alto, tuttavia, il quad può diventare molto difficile da controllare. Basterebbe un piccolo tocco di acceleratore per “spingere il quad in orbita come un razzo”. : D Ovviamente ciò dipende anche dalle abilità del pilota.

Anche se pianifichi semplicemente di volare su una piattaforma di fotografia aerea lenta, dovresti mirare da qualche parte tra 3: 1 e 4: 1. Questo non solo ti dà un controllo migliore, ma offre anche spazio per un ulteriore carico utile in futuro. Ad esempio, fotocamere più pesanti o batterie più grandi per un tempo di volo prolungato. Ma se sei alle corse, allora non c’è limite: D Vai più in alto di quanto ti senti a tuo agio!

DIMENSIONI DEL MOTORE

La dimensione dei motori brushless in RC è normalmente indicata da un numero a 4 cifre: AABB. “AA” è la larghezza dello statore (o il diametro dello statore) mentre “BB” è l’ altezza dello statore , entrambi sono misurati in mm (millimetro).

Che cos’è lo statore del motore brushless? – Uno statore è la parte fissa del motore, questo ha “poli”, che sono avvolti da fili di rame (avvolgimenti). I “poli” sono costituiti da molti strati di lamiera sottile che viene laminata insieme con uno strato isolante molto sottile in mezzo.

  • Statore più alto = maggiore potenza a regimi più alti
  • Statore più largo = maggiore coppia a bassi regimi

Aumentando la larghezza o l’altezza di un motore aumenterà sia la dimensione del magnete permanente che le bobine dello statore elettromagnetico. La differenza principale è che quando si aumenta l’ altezza dello statore, aumenta la dimensione del magnete permanente più della dimensione della bobina e quando si aumenta la larghezza dello statore, aumenta la dimensione della bobina elettromagnetica più del magnete permanente.

KV

“KV” è la costante di velocità e si traduce comunemente in “migliaia di giri / minuto per volt”.

È un parametro importante dei motori brushless, che indica l’aumento teorico di RPM (rotazione al minuto) quando la tensione sale (senza carico, cioè l’elica). Ad esempio, quando si alimenta un motore da 2300 KV con una batteria LiPo 3S (12,6 V), girerà a circa 28980 giri / min senza puntelli (2300 x 12,6). Generalmente si tratta solo di una stima di arrotondamento specificata dal produttore.

Una volta montata un’elica sul motore, l’RPM diminuisce drasticamente a causa della resistenza dell’aria. Motori KV più alti proverebbero a far girare l’elica più velocemente, e potrebbe attirare più corrente. Ecco perché tendiamo a vedere puntelli più grandi accoppiati con motori KV bassi, mentre puntelli più piccoli e leggeri sono più adatti a motori KV alti.

Il valore KV può essere determinato dal numero di avvolgimenti di filo di rame sullo statore. Generalmente il maggior numero di venti diminuisce il KV del motore, mentre un numero minore di venti aumenta il KV.

La forza magnetica dei magneti può anche influenzare il valore KV, i magneti più potenti aumenteranno il KV.

Abbinando un motore KV alto con un’elica troppo grande, il motore cercherà di girare velocemente come farebbe con un puntello più piccolo, ma questo richiederà più coppia. Mentre cerca di produrre la coppia richiesta, attirerà più corrente e successivamente genererà troppo calore. Questo alla fine porterà al surriscaldamento e brucerà il motore. Questo perché quando il motore si surriscalda, il rivestimento sulla bobina inizierà a fondere e causerà cortocircuiti elettrici nel motore.

Generalmente parlando, il quadrante più pesante di solito accoppia con motori KV medio-bassi, il quadrante più leggero di solito usa motori ad alta KV.

Coppia motrice

Alcuni dicono che i motori KV più bassi hanno una coppia più elevata e che i motori KV più alti hanno una coppia più bassa. Anche se è possibile, non è completamente vero. KV non ha quasi nulla a che fare con la coppia, ma riguarda principalmente i limiti di corrente e tensione del motore.

Come spiegato, i motori KV più alti hanno avvolgimenti più corti e quindi una minore resistenza. Abbassa la massima tensione nominale e aumenta l’assorbimento di corrente per il motore e l’elica combinati, e non molto altro.

La coppia è principalmente definita da

  • Dimensioni dello statore: maggiore è la coppia
  • Materiali: il tipo di magneti, la qualità degli avvolgimenti di rame
  • Costruzione del motore: cose come il traferro, il numero di poli ecc

A parità di condizioni, due motori identici dovrebbero avere la stessa coppia teoricamente anche se un motore ha un KV diverso. Abbassare i KV significa solo che è necessario un voltaggio più alto per portarlo allo stesso RPM (potenza). È un po ‘più complicato di questo ovviamente, ma questa è un’approssimazione ragionevole.

l’ abbassamento di tensione con motori con i KV alti, uccide la coppia. In teoria avrebbero la stessa quantità di coppia, ma non possono in realtà.

La coppia è un’arma a doppio taglio.

I motori con coppia elevata consentono un cambio più rapido di RPM e tempi di risposta più rapidi, otterrete meno oscillazioni e vi daranno una risposta istantanea e scattante. Ma i motori a coppia elevata si sentono anche più affilati e più robotizzati, mentre i motori a coppia più bassa si sentono generalmente più morbidi e morbidi. La scelta dipende dal tuo stile di volo e dalle preferenze personali, e una coppia più alta non è sempre migliore.

Oggigiorno, molti piloti sono turbati dai problemi di oscillazione più spesso che mai e il problema può essere ricondotto ai moderni motori ad alta coppia e alta potenza. Questi sono così potenti che possono amplificare l’output e creare un ciclo di feedback dell’oscillazione, che è molto difficile da eliminare. Il montaggio morbido del controller di volo potrebbe essere sufficiente per risolverlo, ma dovremmo cercare di eliminarlo dalla sorgente e stare lontano da motori estremamente potenti.


Numeri N e P – Poli e magneti

Potresti aver visto specifiche come “12N14P” stampate sulla scatola di un motore. Il numero prima della lettera N indica il numero di elettromagneti nello statore, ovvero i poli, e il numero prima di P indica il numero di magneti permanenti nella campana.

I motori di diverse dimensioni hanno un numero diverso di poli, i motori 22XX e 23XX hanno generalmente 12 poli e 14 magneti.

Il numero di poli determina la spaziatura tra i poli se si dispone di meno poli, è possibile inserire più contenuto di ferro nello statore, in modo da ottenere più potenza dal motore. Ma con un numero maggiore di poli, il campo magnetico si sta diffondendo in modo più uniforme, e quindi si ha un motore più fluido perché si ha un controllo più preciso sulla rotazione della campana.

  • Più poli = più liscio
  • Meno poli = Più potenti

COME DECIDERE LE DIMENSIONI DEL MOTORE?

È possibile trovare le dimensioni dei componenti da utilizzare in questo ordine: Dimensione fotogramma => Prop Size => Motor Size

Conoscendo le dimensioni del frame, possiamo stimare quale dimensione del motore dovremmo usare. La dimensione del telaio limita le dimensioni dei puntelli e ogni dimensione dell’elica richiede un RPM del motore diverso per generare la spinta in modo efficiente, è qui che entra in funzione il motore KV.

Devi anche assicurarti che i motori producano una coppia sufficiente a far girare la tua scelta di elica, è qui che entra in gioco la tua dimensione dello statore. Generalmente una dimensione dello statore più grande e un KV più alto significa maggiore assorbimento di corrente.

Questa tabella sotto è una linea guida generale, non è una regola hard-set, potresti anche vedere persone che usano motori KV leggermente più alti o più bassi di quanto suggerisca questa tabella.

Si presume che tu stia alimentando il quad con le batterie 4P LiPo e che le dimensioni del telaio si riferiscano al passo (ovvero il motore diagonale alla distanza del motore).

Dimensione della cornice Prop Size Dimensione del motore KV
150 mm o inferiore 3 “o più piccoli 1105 -1306 o inferiore 3000KV o superiore
180 millimetri 4 “ 1806 2600KV – 3000KV
210 millimetri 5 “ 2204-2208, 2306 2300KV-2600KV
250 millimetri 6 “ 2204-2208, 2306 2000KV-2300KV
350 millimetri 7 “ 2208 1600KV
450 millimetri 8 “, 9”, 10 “o più grande 2212 o superiore 1000 KV o inferiore

Tensione e corrente assorbita

È importante capire che la tensione ha un grande impatto sulla scelta del motore e dell’elica. Il tuo motore cercherà di girare più velocemente con una tensione più alta, quindi attirerà una corrente più alta. Assicurati di essere consapevole di quanta spinta i tuoi motori producono e quanta corrente attireranno.

Quando conosci l’attuale combinazione della combinazione motore e eliche, ora sei pronto per scegliere ESC per il tuo drone .

specifiche dei motori

Una volta che hai deciso le dimensioni del motore, probabilmente avrai ancora molte opzioni tra cui scegliere. Per scegliere il miglior motore per la tua applicazione, puoi considerare i seguenti fattori:

  • Spinta
  • Efficienza e assorbimento attuale
  • Peso

La decisione qui dipende davvero dalla tua applicazione, dallo stile di volo e dal modo in cui desideri che il tuo aereo esegua.

Spinta

La spinta è probabilmente la prima cosa che la gente guarda quando si sceglie un motore.

Una spinta più elevata ti dà un’accelerazione più rapida, ma devi anche essere consapevole dell’attualità e dell’efficienza. Non abusare delle batterie con un motore / prop combo affamato di amperaggio.

Se il tuo quad assorbe molta corrente a regime massimo , la velocità massima di scarica della batteria deve essere in grado di tenere il passo. La batteria deve anche avere una capacità sufficiente per garantire un tempo di volo accettabile.

Mentre la spinta è un aspetto importante nella selezione di un motore, non è l’unica cosa da considerare.

Peso del motore

Il peso di un motore spesso viene trascurato, il che può essere un fattore molto importante per acrobazie e droni da corsa.

Poiché i motori sono montati ai quattro angoli del telaio, hanno una forte influenza sulla reattività del tuo quad. I motori più pesanti aumentano il momento angolare di inerzia del tuo quad, i motori devono lavorare di più per cambiare atteggiamento.

In pratica, quando il tuo quad fa capriole e lanci, ci vuole tempo per raccogliere accelerazione angolare, passare alla posizione desiderata e fermarsi. I motori più pesanti impiegheranno più tempo a riprendere quella velocità angolare e anche più a rallentare.

 

Efficienza e assorbimento attuale

L’efficienza del motore viene in genere calcolata dividendo la spinta per potenza al 100% dell’acceleratore, misurata in grammi per watt (g / w). Più alto è questo numero, più efficiente è il motore.

È importante considerare l’efficienza attraverso l’intera gamma di acceleratori, non solo la fascia più alta. Alcuni motori potrebbero essere efficienti a un regime più basso, ma potrebbero perdere efficienza tracciando una corrente sempre più elevata avvicinandosi ai loro limiti.

Un altro buon modo per valutare l’efficienza è usare “grammi per amplificatore” (spinta / corrente).

Generalmente, maggiore è la spinta generata, maggiore è la corrente assorbita per produrre quella spinta, quindi si preferiscono motori con spinta elevata e bassa corrente. Motori inefficienti generano troppa poca spinta o assorbono troppa corrente.

Ogni motore risponde in modo diverso a diverse eliche, scegliendo con cura l’elica è la chiave per bilanciare la spinta e l’efficienza.

 

 

Dati Interessanti che i produttori non dicono

Molte proprietà del motore del quadricoptero non sono menzionate dai produttori e possono essere trovate solo attraverso test più tecnici.

  • momento torcente
  • Tempo di risposta
  • Temperatura
  • Vibrazioni ed equilibrio

Coppia motrice

La coppia è la forza che fa girare l’elica, determina la velocità con cui un motore può aumentare e diminuire il regime. In altre parole, quanto è facile per il motore spostare la massa del rotore, del puntello e, cosa più importante, dell’aria.

La coppia influisce notevolmente sulle prestazioni del tuo quad, in particolare su quanto preciso e reattivo si sente in volo. Un motore con una coppia elevata fornisce una risposta più scattante, a causa del più rapido cambio di RPM. Potresti anche sperimentare meno lavaggi con più coppia.

Una coppia elevata significa anche che è possibile eseguire oggetti pesanti (a costo di disegnare più corrente). Se un motore a bassa coppia sta guidando un’elica troppo pesante per essa (ovvero sovrastampata), il motore non sarà in grado di produrre una forza sufficiente per farlo girare al regime desiderato, con conseguente scarsa efficienza e surriscaldamento.

Un inconveniente dei motori a coppia elevata, tuttavia, è l’oscillazione. I motori con coppia elevata sono in grado di modificare l’RPM in modo così rapido da amplificare effettivamente l’ errore (nel loop PID) , causando oscillazioni difficili da eliminare anche con la regolazione PID, in particolare sull’asse di imbardata .

Tempo di risposta

Il tempo di risposta del motore dipende anche dalla coppia, i motori con coppia elevata spesso hanno un tempo di risposta più rapido. Un modo semplice per misurare il tempo di risposta è vedere quanto tempo impiega un motore per raggiungere il massimo RPM da 0.

Il tempo di risposta sarà influenzato in gran parte dal peso e dal tono della scelta dell’elica. Ricorda che anche le condizioni atmosferiche possono avere un effetto. Ad alta quota, ad esempio, l’aria è più spessa, questo significa che c’è un maggior numero di molecole d’aria che l’elica deve muovere fisicamente per produrre spinta. Ad alta quota, i tuoi sostegni gireranno più velocemente e reagiranno più rapidamente ai cambi di acceleratore, ma la spinta complessiva sarà ridotta, perché ci sono meno molecole d’aria con cui interagire.

Temperatura

La temperatura influisce sui motori brushless perché i magneti utilizzati nei nostri motori hanno un campo magnetico più debole quando funzionano a temperature elevate, inoltre si smagnetizzano più rapidamente quando il motore diventa troppo caldo e ciò influisce sulla durata della vita.

Sovraccaricare eccessivamente i motori e utilizzare la massima accelerazione, causerà un surriscaldamento dei motori. Ciò degraderà nel tempo le prestazioni del motore e dei magneti, pertanto i progetti di motori che aiutano il raffreddamento spesso equivalgono ad una maggiore durata. Questo è, naturalmente, a condizione che non lo distruggiate prima in un incidente!

Vibrazione

Le vibrazioni causate dai motori possono avere un numero di effetti collaterali spiacevoli per le prestazioni del tuo quad.

Se un motore presenta uno scarso equilibrio o qualità di costruzione, è possibile che si verifichino vibrazioni che possono influire sul controller PID. Poiché la frequenza della vibrazione cambia a livelli diversi, questo può rendere molto difficile la sintonizzazione del quad.

Un motore che soffre di vibrazioni produrrà anche una quantità maggiore di rumore elettrico rispetto a uno che funziona senza intoppi. Questo rumore elettrico può influire sul sensore del giroscopio, peggiorando ulteriormente le prestazioni di volo e peggiorerà anche la qualità del video FPV se si alimenta il sistema FPV dalla stessa batteria dei motori e degli ESC.

Molti hanno montato con successo motori morbidi, e il controllore di volo morbida per ridurre le vibrazioni, con alcuni risultati davvero positivi.

Ricorda che le eliche danneggiate, piegate e sbilanciate possono anche causare vibrazioni problematiche.

CONCLUSIONE

I motori sono una parte essenziale del nostro quad hanno quindi quando li si sceglie ricorda di fare particolare attenzione visto che un motore sbagliato potrebbe avere un notevole impatto sulle prestazioni e caratteristiche del volo.

Ricorda È tutta questione di equilibri se i motori sono accuratamente selezionati,Con la giusta combinazione di motore ed elica, il quad dovrebbe risultare efficiente, avere dei consumi normali (quindi tempi di volo corretti).

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