UAV mootoriprobleem pole see, mida arvate
Enamik insenere, kes määravad UAV jõumootoritele magneteid, keskenduvad energiatootele. Kõrgem BHmax tähendab suuremat voolutihedust, mis tähendab suuremat KV-d ja suuremat tõukejõudu mootori massi grammi kohta. See loogika on niivõrd õige, kuivõrd see läheb, kuid see peatub umbes poolel teel tegelikust disainiprobleemist.
Osa, mis katsetamisel meeskondi närib: UAV-i tõukemootorid töötavad äärmuslikel elektrisagedustel, ilma jahutusõhuvooluta, välja arvatud see, mida propeller ise genereerib, ja koormustsüklid, mis võivad tühikäigult täisgaasile nihkuda vähem kui 100 millisekundiga. N52 võib anda teile parima staatilise voo tiheduse, kuid kui magneti temperatuur saavutab püsival tõusul kõrgel ümbritseval temperatuuril 140 kraadi – mida see saavutab suletud gondlis 40 kraadisel päeval –, olete lihtsalt pannud termiliselt kõige tundlikuma klassi halvimasse võimalikku keskkonda.
UAV magneti õige valimine tähendab elektrisageduse, rootori temperatuuri ja tegelike lennukoormuste korral mõtlemist ning voo tiheduse ja sundjõu vahelise kompromissi läbimist kogu lennu ümbrises. Siit saate teada, kuidas sellega toime tulla.
1. Elektrisagedus on esimene filter
Mitme rootoriga UAV tõukemootorid töötavad tavaliselt 1400–2200 KV väikeste raamide puhul (3–7 tolline tugi) ja 100–400 KV suuremate professionaalsete platvormide puhul. 14S akupinge (58,8 V nimi) ja 1800 KV juures pöörleb mootor, mis saavutab koormuse all 80% tühikäigukiirusest, umbes 84 000 p/min. 14-pooluselise paari konfiguratsiooniga, mis on standardne kõrge KV-ga väliste konstruktsioonide jaoks, on elektrisagedus 19 600 Hz.
Sellel sagedusel kaovad pöörisvoolukadud lamineerimise skaalal nii sageduse kui ka lamineerimise paksuse ruuduga. Mootor, mis kasutab 0,35 mm räniterasest sagedusel 20 000 Hz, hajutab ligikaudu 6 korda rohkem südamikukadu kui sama mootor 0,20 mm lamineerimisega. See soojus läheb rootorisse ja rootorist magnetitesse. Lamineerimisvalik ei ole seega lahutatav magnetiklassi otsusest – mõlemad tuleb määrata koos sihttöösageduse alusel.
Suure KV mootorite puhul üle 1000 KV: praktiline miinimum on 0,20 mm räniteras. Professionaalsete mootorite puhul, mille võimsus on alla 200 KV ja mis töötavad madalamatel elektrisagedustel, on 0,35 mm vastuvõetav ja see vähendab tootmiskulusid.
2. Termiline ümbris tegeliku lennukoormuse all
50% gaasipedaalil hõljutamine ei ole termilise disaini punkt. Soojuskujunduse punkt on 30-sekundiline pidev täisgaasi tõus soojast algusest – stsenaarium, mis koondab maksimaalse vase ja raua kadu minimaalse konvektiivjahutusega.
Tüüpilise 5-tollise võidusõidumootori puhul (staatori läbimõõt 22 mm, konfiguratsioon 12N14P) annab see stsenaarium magneti välispinnal mõõdetuna mähise temperatuurid 110–135 kraadi ja magneti temperatuurid 85–105 kraadi. Rootori tagarauaga ühendatud magneti sisemus töötab 10–15 kraadi võrra kuumemalt. Seega on magneti efektiivne temperatuur halvimal juhul 95–120 kraadi.
Temperatuuril 120 kraadi töötab N52 magnet – Hcj tavaliselt 955 kA/m – ja sunnijõud on toatemperatuuriga võrreldes ligikaudu 15% väiksem. BH kõvera põlvepunkt sellel temperatuuril on piisavalt lähedal kõrge vooluga mootori tööpunktile, nii et osaline demagnetiseerumine voolu hüpetel on reaalne, mitte teoreetiline oht. N52H, mille Hcj on umbes 1274 kA/m 20 kraadi juures, annab oluliselt suurema varu kõrgendatud temperatuuril.
Praktiline soovitus: iga mehitamata õhusõiduki mootori puhul, mille puhul eeldatakse pidevat täisgaasiga töötamist – droonid, professionaalsed kinematograafiaplatvormid, põllumajanduslikud pihustid – määrake N48H või N50H, mitte N52 või N52H. Loobute 3–5% nominaalsest vootihedusest ja saavutate piisava sundjõuvaru, et töötada ohutult 120 kraadise magneti temperatuuril.
3. Hinnete valimine UAV-rakenduse järgi
| Rakendus | Tüüpiline KV vahemik | Magneti max temp | Soovitatav hinne | Arutluskäik |
|---|---|---|---|---|
| FPV Racing (3–5 tolli) | 2000–2800 KV | 100-130 kraadi | N48H | Lühikesed pursked, hea konvektsioon avatud raamilt; H järelliide annab termilise marginaali ilma liigset voogu ohverdamata |
| FPV Racing (5–7 tolli) | 1200–2000 KV | 90-120 kraadi | N50H | Suurem mootori maht parandab soojuse hajumist; N50H tabab hästi voo/koertsitiivsuse tasakaalu |
| Vabastiil/kinemaatiline (5–7 tolli) | 1700–2400 KV | 85-115 kraadi | N48H–N50H | Sarnaselt võidusõidule, kuid pikemate püsivate lõikudega; H järelliide oluline |
| Professionaalne kino (10–15 tolli) | 100-400 KV | 70-100 kraadi | N45H–N48H | Madalam elektrisagedus vähendab südamiku kadu; madalam KV tähendab madalamat tippvoolu; N45H sageli piisav |
| Kohaletoimetamine / Logistika UAV | 150-600 KV | 100–130 kraadi (gondel) | N45SH–N48SH | Suletud gondel välistab konvektiivjahutuse; SH-sufiks on oluline püsivaks tõusuks kõrgel keskkonnal |
| Põllumajanduslik pihusti | 80-200 KV | 90-120 kraadi | N42SH–N45SH | Pikad lennu kestused osalise gaasipedaaliga kõrge keskkonnaga keskkondades; eelistage Hcj-d BHmax-ile |
4. Outrunneri rootorite kaarsegment vs plaadimagnet
Outrunner UAV mootorid – kus rootor on välimine kest ja staator on fikseeritud – kasutavad pinnale paigaldatavaid magneteid, mis on ühendatud rootoripurgi sisemusse. Saadaval on kaks geomeetriavalikut: rootori raadiusele vastavaks kõverdatud kaare segmendid ja lamedad plaadid.
Lamedaid plaate on odavam valmistada ja neid on lihtsam hankida. Probleem on selles, et kõvera rootori tagaraua lame plaat tekitab muutuva õhuvahe: maksimaalselt plaadi servades, minimaalselt plaadi keskel. 22 mm staatori läbimõõduga mootoris on see erinevus piisavalt väike, et seda ignoreerida. Professionaalsetele platvormidele tüüpilises 40 mm või suuremas staatoris tekitab lamedate plaatide õhuvahe erinevus pooluste läbimise sagedusel mõõdetavat pöördemomendi pulsatsiooni.
Mootorite puhul, mille staatori läbimõõt on üle 35 mm, tekitavad rootori kõverusega sobitatud kaare segmendid ühtlase õhupilu ja vähendavad pöördemomendi pulsatsiooni 40–60% võrreldes samaväärse kvaliteediga lamedate plaatidega. Tasu on tavaliselt 15–25% võrreldes lamedate plaatidega tootmismahtude juures, mis kaob kiiresti, kui võtta arvesse kaamera kardaani vibratsiooniisolatsiooni kokkuhoidu või lennukikere konstruktsiooniväsimuse vähenemist.
5. Liim ja montaaži veeris
NdFeB soojuspaisumistegur (ligikaudu 5–7 × 10⁻⁶/kraad) erineb alumiiniumist rootorpurkide (23 × 10⁻⁶/ kraadi) soojuspaisumistegur ligikaudu 3–4 ×. Üle 100-kraadise temperatuuri kõikumise korral näeb 40 mm läbimõõduga alumiiniumrootori 15 mm kaare segment ühendusjoonel diferentsiaalpaisumist ligikaudu 0,027 mm võrra.
Standardsed kaheosalised epoksüliimid Shore D kõvadusega üle 80 pragunevad selle tsükli ajal, kui liimimisjoone paksus on alla 0,08 mm. Õige lähenemisviis on elastne epoksiid, mille Shore D on vahemikus 60–75 ja kontrollitud sidestusjoon 0,10–0,15 mm. Magnetite tarnija peaks suutma kinnitada liimi ühilduvust rootori materjali ja töötemperatuuri vahemikuga – kui nad seda ei suuda, on see teave, mida tasub omada enne, kui esimene mootoripartii välikatsetesse läheb.
6. Mida küsida oma magneti tarnijalt?
- ☐ BH kõverad 20 kraadi, 80 kraadi ja 120 kraadi nurga all tootmismaterjali suhtes – andmelehe tüüpilised väärtused ei ole piisavad
- ☐ Voolutiheduse ühtlus kogu tootmispartii lõikes: on saavutatav ±2%; ±5% on vastuvõetav; üle, mis tekitab mootoripõhise variatsiooni, mis nõuab individuaalset kalibreerimist
- ☐ Kaare segmendi raadiuse tolerants: ±0,05 mm on standardne; küsi ±0,03 mm, kui teie nominaalne õhuvahe on alla 0,35 mm
- ☐ Soovituslik liimimine teie rootori materjali ja töötemperatuuri jaoks
- ☐ Soolapihustustesti tulemused, kui mootor töötab niiskes või rannikuäärses keskkonnas (minimaalne tsinkkate; kaaluge epoksükatte kasutamist mererakendustes)
- ☐ Minimaalne tellimiskogus kohandatud kaare segmentide jaoks – enamik tarnijaid vajab kohandatud geomeetria jaoks 500–2000 tükki; planeerige oma tehniliste näidiste kogused vastavalt
HIMAGNET tarnib UAV-mootoritele kaare segmentide ja plaatide magneteid väikese partii inseneriproovidest kuni tootmismahtudeni. Teie mootori konstruktsioonile vastava klassi valiku toetamiseksvõtke ühendust meie insenerimeeskonnagateie KV, pooluste arvu, töötemperatuuri hinnangu ja rootori geomeetriaga.
