Двигатели в мультироторных аппаратах бывают двух типов: коллекторные и бесколлекторные. Их главное отличие в том, что у коллекторного двигателя обмотки находятся на роторе (вращающейся части), а у бесколлекторного — на статоре. Не вдаваясь в подробности скажем, что бесколлекторный двигатель предпочтительнее коллекторного поскольку наиболее удовлетворяет требованиям, ставящимся перед ним. Поэтому в этой статье речь пойдёт именно о таком типе моторов. Подробно о разнице между бесколлекторными и коллекторными двигателями можно прочесть в .

Несмотря на то, что применяться БК-моторы начали сравнительно недавно, сама идея их устройства появилась достаточно давно. Однако появление транзисторных ключей и мощных неодимовых магнитов сделало возможным их коммерческое использование.

Устройство БК — моторов

Конструкция бесколлекторного двигателя состоит из ротора на котором закреплены магниты и статора на котором располагаются обмотки. Как раз по взаиморасположению этих компонентов БК-двигатели делятся на inrunner и outrunner.

В мультироторных системах чаще применяется схема Outrunner, поскольку она позволяет получать наибольший вращательный момент.

Плюсы и минусы БК — двигателей

Плюсы:

• Упрощённая конструкция мотора за счёт исключения из неё коллектора.
• Более высокий КПД.
• Хорошее охлаждение
• БК-двигатели могут работать в воде! Однако не стоит забывать, что из-за воды на механических частях двигателя может образоваться ржавчина и он сломается через какое-то время. Для избежания подобных ситуаций рекомендуется обрабатывать двигатели при помощи водоотталкивающей смазки.
• Наименьшие радиопомехи

Минусы:

Из минусов можно отметить только невозможность применения данных двигателей без ESC (регуляторы скорости вращения). Это несколько усложняет конструкцию и делает БК-двигатели дороже коллекторных. Однако если сложность конструкции является приоритетным параметром, то существуют БК-двигатели с встроенными регуляторами скорости.

Как выбрать двигатели для коптера?

При выборе бесколлекторных двигателей в первую очередь следует обратить внимание на следующие характеристики:

• Максимальный ток — эта характеристика показывает какой максимальный ток может выдержать обмотка двигателя за небольшой промежуток времени. Если превысить это время, то неизбежен выход двигателя из строя. Так же этот параметр влияет на выбор ESC.
• Максимальное напряжение — так же как и максимальный ток, показывает какое напряжение можно подать на обмотку в течение короткого промежутка времени.
• KV - количество оборотов двигателя на один вольт. Поскольку этот показатель напрямую зависит от нагрузки на вал мотора, то его указывают для случая, когда нагрузки нет.
• Сопротивление — от сопротивления зависит КПД двигателя. Поэтому чем сопротивление меньше - тем лучше.

Современные радиоуправляемые аппараты, будь то авиационные, автомобильные или судоходные модели, оснащаются мощными, надежными электродвигателями с высокой производительностью, которые могут иметь разный тип конструкции. Наиболее распространенным считается бесколлекторная система: ее используют в основном в машинах и авиамоделях, поскольку именно для них число оборотов и скоростной режим играют ключевую роль.

БК двигатель: ключевые особенности

Главные преимущества двигателя с такой конструкцией:

На автомобильные модели, предназначенные для гонок по трассам, чаще всего устанавливается бесколлекторный мотор для дрифта: он выдерживает высокую нагрузку и способен работать с большой мощностью, которая требуется при вхождении в повороты на высоких скоростях. Бесколлекторный мотор может быть дополнительно оснащен редуктором. Его мощность зависит от числа витков и поддерживаемой силы тока; для авиамоделей и машин для гонок применяются устройства с высокой производительностью и запасом мощности.

Где приобрести бесколлекторные моторы для моделей по лучшей цене?

У нас вы можете найти большой ассортимент двигателей бесколлекторного типа, которые совместимы с автомобильными и летательными радиоуправляемыми аппаратами. Если вам нужен БК двигатель 1/10 моделей, то вы сможете купить его у нас по привлекательной стоимости. Вся наша продукция сертифицирована и отличается высоким качеством, надежностью сборки и долговечностью. Предлагаемые у нас двигатели имеют прочные корпуса, они изготовлены из лучших материалов и с соблюдением всех тонкостей конструкции. Если вам нужен надежный бесколлекторный мотор по приемлемой цене, то именно здесь вы сможете найти то, что нужно. Ваша модель сразу привлечет внимание и станет настоящим поводом для гордости, а ее технические возможности восхитят всех зрителей!

Всем привет. Сегодня хотел бы рассказать вам про самый дешевый квадрокоптер на БК моторах с камерой. Речь пойдет про ранее для меня неизвестную модель Bayangtoys X16. Ближайший конкурент по цене на БК моторах - JJRC X1. В обзоре будет полет самого квадрика, видео с камеры Foxeer Legend 1 и результаты краша, в одном из которых была утеряна камера GitUp Git2.

Технические характеристики

БК моторы 2212 / 920KV
Диагональ между моторами 35.5см
8-дюймовые пропеллеры
Аккумулятор 3S 2200mah
Время зарядки около 3 часов
Время полета до 16 минут
Дальность управления до 350 метров
Частота 2.4ГГц
Аппаратура на 6*АА
Камера 2МП

Bayangtoys X16 пришел ко мне вместе с другими посылками, посредник запихнул в одну большую коробку, а отметить пункт «Сохранить упаковку» я забыл. Поэтому про упаковку от самого магазина ничего сказать не могу.


На коробке указана надпись, что это обновленная версия.


Переходим к комплектации. Инструкция на английском языке, качество хорошее. Написано простым языком и все интуитивно понятно с помощью картинок. Специально заснял эту страницу, чтобы вы увидели первый косяк: на коробке флипы есть, а в инструкции нет.


Начинаем доставать содержимое коробки.


Самое простенькое зарядное устройство для аккумулятора 3S на 15В и 0.8А с зарядкой через балансировочный разъем.


Очень порадовало наличие человеческого аккумулятора 3S на 2200mah. Судя по дате на аккумуляторе, сделан совсем недавно. Вес составляет 167г. Разъем подключения не самый удобный. Большинство предпочтет перепаять на XT60 или T-plug.






Блок питания для зарядного устройства идет с европейской вилкой. Выдает 15В 0.8А




Комплектная камера на 2МП. Крепление защелка. На квадрокоптер ее поставлю, полетаем, но видео с нее писать не вижу смысла. Другой момент, что отдельно она стоит в районе 13 долларов. Я бы лучше выбрал модель без нее, если бы такая позиция была. Тогда по цене это был бы лидер среди самых дешевых квадрокоптеров на БК моторах.




Для записи мультимедиа положили карточку на 4Гб и картридер.


Далее обнаружил в коробке пакет, в котором лежало много чего. Давайте смотреть вместе.


Четыре ноги, полные копии Syma X8.


Для разборки положили крестовую отвертку, а для крепления ног саморезы. Так же есть ключ для закручивания гаек и шестигранник, чтобы достать моторы.


Две гайки серебристого и две черного цвета. Видел человек потерял гайку. Чтобы не покупать дополнительный комплект, можно одну разрезать на две части. Черные с обратной резьбой.


8-дюймовые пропеллеры оставили приятное впечатление своими размерами. Всего их 8 штук.


Аппаратура работает на 6*АА. Мои аккумуляторы где-то на почте валяются, поэтому пришлось вставить обычные батарейки. Крышка отсека просто защелкивается, фиксации винтом нет.




Теперь давайте внимательно рассмотрим аппаратуру. Сверху в торце расположены две черные кнопки. Левая отвечает за переключение расходов. Есть режим Low и High. От себя замечу, что низкий режим совсем тоскливый, поэтому летать следует на высоком. А вот правая кнопка никакой функциональной нагрузки не несет. Сначала подумал, что просто забыли указать в инструкции ее назначение, потому что на коробке ведь указаны флипы! Но, увы и ах. Сколько я ее не нажимал, сколько не держал - результат нулевой.




Над переключателем вкл/выкл находится петля для крепления шнурком на шее. Возле стиков расположены кнопки, с помощью которых тримируем квадрокоптер, если его куда-то уводит в сторону. При включении аппаратуры над петлей загорается красный светодиод.


Перемещаемся в нижнюю часть передатчика. Слева от экрана находятся фейковые кнопки, справа расположен блок кнопок. Центральная отвечает за возврат на место взлета. GPS в этой модели нет, поэтому все построено на компасе. Когда X16 приблизится к вам, придется перехватывать управление на себя. Кнопка вниз начинает запись видео, а верхняя отвечает за фото. Правая включает Headless режим: независимо от расположения переда и зада квадрокоптер управляется относительно нас.


Переходим к самому герою обзора. Квад белого цвета с характерными красными линиями на лучах. Красные моторы смотрятся просто отлично и размер самое то (привет JJRC X1). Расстояние по диагонали от центра моторов 35.5см.


Сверху расположена имитация GPS. Разборка показала, что это фейк. Весит она 5г. Зафиксирована одним винтом и выглядит хлипко. Мне кажется после первого краша она отвалится. На корпусе есть черная надпись Typhoon.


На брюхе есть разъем 2.5 для подключения камеры и площадка для крепления. Кстати, без проблем подходит камера от Syma X8.


Но есть с нижней стороны один момент, который для меня совсем непонятен. Моторы прикрыты пластиковыми чашками. На примере других моделей понял, что они закрывают шестерни, но тут ведь стоят БК моторы. Вряд ли они для охлаждения моторов. Как думаете?




Ноги крепятся на два самореза. Расстояние от брюха до пола 10.4см. То есть можно взять и установить подвес и нормальную камеру.


Крышка батарейного мотора фиксируется защелкой. Внутри аккумулятор держится нормально, не болтается. Но что мне очень понравилось, так это наличие внутри пластиковых столбиков, которые держат аккумулятор по бокам. Если их аккуратно срезать, то можно вставить аккумулятор большей емкости.






Полностью собранный X16 выглядит вот так.

Разборка

Зная любовь многих посмотреть на внутренности, без проблем разбираю эту модель. Как и говорил антенна GPS всего лишь имитация. Идентифицировать модель моторов самостоятельно не могу из-за отсутствия каких-либо надписей, но на rcgroups считают 2212 / 920KV. Схемы управления моторами расположены отдельно на каждом луче и это хорошо. Уровень пайки можете посмотреть самостоятельно.

Краш и потерянная камера

Комплектную камеру сразу было решено отложить в сторону и попытаться прицепить с помощью подручных средств свою любимую экшен камеру GitUp Git2. Для этого двусторонним скотчем установил на брюхо крепление, в него защелку и уже на нее винтом закрепил прямоугольное крепление «рамка». В рамку вставил камеру. Такая конструкция не вызывала у меня доверия, думал скорее всего отвалится крепление со скотчем. Но очень хотелось снять видео со стабилизацией этой камеры. Кстати, более-менее нормальный подвес . И что вы думаете? Во время полета квадрокоптер снесло боковым ветром в районе 9м/с. До этого я гонял его с родной камерой, поэтому разрывы связи исключаю сразу. Пришлось где-то метров 150 чесать по полю, благо трава сантиметров 10. Когда нашел его, то радости не было предела и тут сразу я выпал в осадок: камера вылетела из «рамки», а крепление на месте. Слетел катафот, в корпусе трещина, пропеллер погнут… Полчаса блукал по полю и без результата: камера утеряна. Комбайном перемолотят или на сортировке картошки найдут.






Расстроенный поехал домой. Решил не оставлять народ без видео полета с борта и взял камеру Foxer Legend 1 - интуитивно все в ней понятно и можно переворачивать изображение в программе. На этот раз камеру закрепил армированным скотчем и сверху для надежности синей изолентой.


Во время полета все шло отлично, пока я не заговорился со своим товарищем и благополучно не вписался в ветки дерева. Это был явно не мой день) Луч - полный фарш, высота падения где-то этаж второй-третий.




Синяя изолента - наше все) Новый корпус стоит в районе 9$ C остальными запчастами тоже проблем нет, пропы около 3$.

Я не фанат плодить отдельные видео, поэтому полет, съемка камеры, распаковка и обзор в одном ролике.

Вывод

Подводя итог по этой модели могу резюмировать следующее.
Вес 526г, аккумулятор 167г, с камерой из комплекта все весит 725г. Видел видео как на него цепляли литровую бутылку воды. Тошнил, конечно, но летал. Спокойно можно поставить нормальный подвес и экшен камеру. Специально подождал пару дней после краша и потом только стал писать обзор, чтобы менее предвзято рассказать о своих впечатлениях. При подключении аккумулятора сразу раздается звуковой сигнал, хотя сам пациент выключен. То есть питание уже подается на борт. Поэтому после посадки сразу отсоединяйте аккумулятор. Разблокировка и блокировка моторов предельно простая: разводим стики вниз в разные углы. Летать только на вторых расходах, потому что первые совсем скучно. Полетное время с родной камерой без съемки и фото составило 16 минут! В видео обзоре есть моменты с отключением моторов. Квадрокоптер стремится перевернуться, но включением моторов быстро возвращается в исходное положение. В комплекте идет аккумулятор 3S на 2200mah и это очень круто. Заряжается около 3 часов. Отсек квадрокоптера позволяет произвести перепланировку и поставить аккумулятор большей емкости. Это не гоночная модель, подойдет любителям поснимать видео. Тяга просто отличная, нормальная стабилизация. Дальше 200 метров не летал, потому что визуально плохо его наблюдать уже на таком расстоянии. Ставим fpv и летаем дальше, обещают до 350метров. Еще один плюс - ESC отдельно на каждый мотор. Запчастей уже хватает. Есть несоответствие между коробкой и инструкцией по поводу флипов: их нет. Для новичков этот квадрокоптер советовать не буду, потому что в комплекте нет защиты винтов. После крашей продолжает летать. Запчасти новые пока что еще не заказывал, потому что не знаю чего от него хочу. Если бы не было JJRC X1, то это был бы самый дешевый квад на БК моторах. Но посмотрите на его пропеллеры в 8 дюймов, моторы и аккумулятор 3S, а теперь на Х1. Выбор в сторону Х16 очевиден.

В обзоре наверняка будут ошибки, поэтому смело поправляйте в комментариях. Там же оставляйте вопросы, пожелания, уточнения. А чтобы всем было интереснее читать следующие обзоры, можете написать, что вас интересует с этого сайта в районе 50-100$ Если у меня есть возможность брать, то почему бы и нет? И да, вот эти рудименты под моторами для чего?

Спасибо всем за внимание.

Товар предоставлен для написания обзора магазином. Обзор опубликован в соответствии с п.18 Правил сайта.

Планирую купить +11 Добавить в избранное Обзор понравился +37 +45

Опубліковано 19.03.2013

Этой статьёй я начинаю цикл публикаций о бесколлекторных двигателях постоянного тока. Доступным языком опишу общие сведения, устройство, алгоритмы управления бесколлекторным двигателем. Будут рассмотрены разные типы двигателей, приведены примеры подбора параметров регуляторов. Опишу устройство и алгоритм работы регулятора, методику выбора силовых ключей и основных параметров регулятора. Логическим завершением публикаций будет схема регулятора.

Бесколлекторные двигатели получили широкое распространение благодаря развитию электроники и, в том числе, благодаря появлению недорогих силовых транзисторных ключей. Также немаловажную роль сыграло появление мощных неодимовых магнитов.

Однако не стоит считать бесколлекторный двигатель новинкой. Идея бесколлекторного двигателя появилась на заре электричества. Но, в силу неготовности технологий, ждала своего времени до 1962 года, когда появился первый коммерческий бесколлекторный двигатель постоянного тока. Т.е. уже более полувека существуют различные серийные реализации этого типа электропривода!

Немного терминологии

Бесколлекторные двигатели постоянного тока называют так же вентильными, в зарубежной литературе BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) или PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).

Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе. Поэтому, далее в тексте ротор – магниты, статор – обмотки.

Для управления двигателем применяется электронный регулятор. В зарубежной литературе Speed Controller или ESC (Electronic speed control).

Что такое бесколлекторный двигатель?

Обычно люди, сталкиваясь с чем-то новым, ищут аналогии. Иногда приходится слышать фразы “ну это как синхронник”, или еще хуже “он похож на шаговик”. Поскольку большинство бесколлекторных двигателей трехфазные, это еще больше путает, что приводит к неправильному мнению о том, что регулятор “кормит” двигатель переменным 3-x фазным током. Все вышесказанное соответствует действительности только отчасти. Дело в том, что синхронными можно назвать все двигатели кроме асинхронных. Все двигатели постоянного тока являются синхронными с самосинхронизацией, но их принцип действия отличается от синхронных двигателей переменного тока, у которых самосинхронизация отсутствует. Как шаговый бесколлекторный двигатель тоже, наверное, сможет работать. Но тут такое дело: кирпич он тоже может летать… правда, недалеко, ибо для этого не предназначен. В качестве шагового двигателя больше подойдет вентильный реактивный двигатель .

Попробуем разобраться, что собой представляет бесколлекторный двигатель постоянного тока (Brushles Direct Current Motor). В самой этой фразе уже кроется ответ – это двигатель постоянного тока без коллектора. Функции коллектора выполняет электроника.

Преимущества и недостатки

Из конструкции двигателя удаляется довольно сложный, требующий обслуживания тяжелый и искрящий узел – коллектор. Конструкция двигателя существенно упрощается. Двигатель получается легче и компактнее. Значительно уменьшаются потери на коммутацию, поскольку контакты коллектора и щетки заменяются электронными ключами. В итоге получаем электродвигатель с наилучшими показателями КПД и показателем мощности на килограмм собственного веса, с наиболее широким диапазоном изменения скорости вращения. На практике бесколлекторные двигатели греются меньше, чем их коллекторные братья. Переносят большую нагрузку по моменту. Применение мощных неодимовых магнитов сделали бесколлекторные двигатели еще более компактными. Конструкция бесколекторного двигателя позволяет эксплуатировать его в воде и агресивных средах (разумеется, только двигатель, регулятор мочить будет очень дорого). Бесколлекторные двигатели практически не создают радиопомех.

Единственным недостатком считают сложный дорогостоящий электронный блок управления (регулятор или ESC). Однако, если вы хотите управлять оборотами двигателя, без электроники никак не обойтись. Если вам не надо управлять оборотами бесколлекторного двигателя, без электронного блока управления все равно не обойтись. Бесколлекторный двигатель без электроники – просто железка. Нет возможности подать на него напряжение и добиться нормального вращения как у других двигателей.

Что происходит в регуляторе бесколлекторного двигателя?

Для того чтобы понять, что происходит в электронике регулятора, управляющего бесколлекторным двигателем, вернемся немного назад и сначала разберемся как работает коллекторный двигатель. Из школьного курса физики помним, как магнитное поле действует на рамку с током. Рамка с током вращается в магнитном поле. При этом она не вращается постоянно, а поворачивается до определенного положения. Для того чтобы происходило непрерывное вращение, нужно переключать направление тока в рамке в зависимости от положения рамки. В нашем случае рамка с током – это обмотка двигателя, а переключением занимается коллектор – устройство со щетками и контактами. Устройство простейшего двигателя смотри на рисунке.

То же самое делает и электроника, управляющая бесколлекторным двигателем – в нужные моменты подключает постоянное напряжение на нужные обмотки статора.

Датчики положения, двигатели без датчиков

Из вышесказанного важно уяснить, что подавать напряжение на обмотки двигателя нужно в зависимости от положения ротора. Поэтому электроника должна уметь определять положение ротора двигателя. Для этого применяются датчики положения. Они могут быть различного типа, оптические, магнитные и т.д. В настоящее время очень распространены дискретные датчики на основе эффекта Холла (например SS41). В трехфазном бесколлекторном двигателе используется 3 датчика. Благодаря таким датчикам электронный блок управления всегда знает, в каком положении находится ротор и на какие обмотки подавать напряжение в каждый момент времени. Позже будет рассмотрен алгоритм управления трехфазным бесколлекторным двигателем.

Существуют бесколлекторные двигатели, которые не имеют датчиков. В таких двигателях положение ротора определяется путем измерения напряжения на незадействованной в данный момент времени обмотке. Эти методы также будут рассмотрены позднее. Следует обратить внимание на существенный момент: этот способ актуален только при вращении двигателя. Когда двигатель не вращается или вращается очень медленно, такой метод не работает.

В каких случаях применяют бесколлекорные двигатели с датчиками, а в каких – без датчиков? В чем их отличие?

Двигатели с датчиками положения более предпочтительны с технической точки зрения. Алгоритм управления такими двигателями значительно проще. Однако есть и свои минусы: требуется обеспечить питание датчиков и прокладку проводов от датчиков в двигателе к управляющей электронике; в случае выхода со строя одного из датчиков, двигатель прекращает работу, а замена датчиков, как правило, требует разборки двигателя.

В тех случаях, когда конструктивно невозможно разместить датчики в корпусе двигателя, используют двигатели без датчиков. Конструктивно такие двигатели практически не отличаются от двигателей с датчиками. А вот электронный блок должен уметь управлять двигателем без датчиков. При этом блок управления должен соответствовать характеристикам конкретной модели двигателя.

Если двигатель должен стартовать с существенной нагрузкой на валу двигателя (электротранспорт, подъёмные механизмы и т.п.) – применяют двигатели с датчиками.
Если двигатель стартует без нагрузки на валу (вентиляция, воздушный винт, применяется центробежная муфта сцепления и т.п.), можно применять двигатели без датчиков. Запомните: двигатель без датчиков положения должен стартовать без нагрузки на валу. Если это условие не соблюдается, следует использовать двигатель с датчиками. Кроме того, в момент старта двигателя без датчиков возможны вращательные колебания оси двигателя в разные стороны. Если это критично для Вашей системы, применяйте двигатель с датчиками.

Три фазы

Трехфазные бесколлекторные двигатели приобрели наибольшее распространение. Но они могут быть и одно, двух, трех и более фазными. Чем больше фаз, тем более плавное вращение магнитного поля, но и сложнее система управления двигателем. 3-х фазная система наиболее оптимальна по соотношению эффективность/сложность, поэтому и получила столь широкое распространение. Далее будет рассматриваться только трехфазная схема, как наиболее распространенная. Фактически фазы – это обмотки двигателя. Поэтому если сказать “трехобмоточный”, думаю, это тоже будет правильно. Три обмотки соединяются по схеме “звезда” или “треугольник”. Трехфазный бесколлекторный двигатель имеет три провода – выводы обмоток, см. рисунок.

Двигатели с датчиками имеют дополнительных 5 проводов (2-питание датчиков положения, и 3 сигналы от датчиков).

В трехфазной системе в каждый момент времени напряжение подается на две из трех обмоток. Таким образом, есть 6 вариантов подачи постоянного напряжения на обмотки двигателя, как показано на рисунке ниже.