Текущая версия на 08:22, 8 декабря 2018

Бесколлекторные моторы (электродвигатели) (анг. brushless motor) пришли в моделизм сравнительно недавно.

Отличия бесколлекторных моторов от коллекторных моторов:

• питаются трёхфазным переменным током, поэтому для их работы необходим специальный контроллер (регулятор скорости), преобразующий постоянный ток от аккумуляторных батарей в переменный.
• ротор с магнитами вращается вокруг неподвижного статора с электромагнитной катушкой.

Преимущества[править]

(перед коллекторными моторами)

• Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диапазоне оборотов и имеют более высокий КПД. Конструкция двигателя при этом проще, в ней нет щеточного узла (который работает постоянно в режиме трения, создает искры и в итоге потерю энергии)
• Бесколлекторные моторы практически не изнашиваются, поэтому отсутствует необходимость в техническом обслуживании (кроме случаев выхода из строя подшипников).
• Большинство бесколлекторных моторов не боятся влаги (могут работать полностью погружёнными под воду) при условии изоляции фазовых проводов, катушки электромагнита намотаны изолированным проводом по умолчанию. Но следует иметь в виду, что при длительной работе в воде неизбежно вымывается смазка из подшипников и они могут закиснуть, заржаветь.
• Возможность использования в воспламеняемой, взрывоопасной и агрессивной среде (из-за отсутствия искр).
• Большая перегрузочная способность по моменту.
• Высокие энергетические показатели (КПД более 90 %)
• Генерация более низкого уровня акустического и электрического шума по сравнению с универсальными коллекторными двигателями постоянного тока.
• Хорошее соотношение массогабаритных характеристик и мощности

Недостатки[править]

• Относительно сложная система управления двигателем.
• Относительно высокая стоимость двигателя, обусловленная использованием дорогостоящих материалов в конструкции ротора (магниты, подшипники).
• Из-за открытого дизайна, двигатели очень чувствительны к магнитящейся пыли. Даже небольшого количества достаточно, чтобы облепить магниты ротора, засорить магнитный промежуток и заклинить мотор.

Обозначения бесколлекторных моторов[править]

Часто обозначение бесколлекторного мотора тесно связано с его геометрическими и электрическими параметрами.

Рассмотрим обозначение на примере мотора: Tower Pro 2408-21T

• первые две цифры (24) - обозначают диаметр статора (иногда ротора) в мм
• вторые две цифры (08) - обозначают длину каждого магнита в моторе в мм
• далее может следовать одна или две цифры (21) - это количество витков на каждом зубе статора
• еще бывает в конце буква T (или символ Δ) - обозначающий намотку типа "дельта" ("треугольник") ИЛИ буква Y (или символ *) - говорящий о намотке типа "звезда".

При большем диаметре ротора (статора) получается больший крутящий момент, при прочих равных условиях. Длина магнитов, также как и диаметр ротора, влияет на крутящий момент мотора.

С витками работает соотношение: "меньше витки - больше обороты". Если необходимо поставить небольшой винт и получить высокие обороты, то необходимо выбирать мотор с небольшим количеством витков. Если задача крутить большой винт на небольших оборотах (Slow Flyer) - следует выбирать мотор с большим количеством витков.

Конструкция[править]

По конструкции бесколлекторные моторы делятся на две группы: inrunner и outrunner.

• inrunner - имеют расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри обмоток магнитный ротор.
• outrunner - имеют неподвижные обмотки, внутри двигателя, вокруг которых вращается корпус с помещенными на его внутреннюю стенку постоянными магнитами.

Количество полюсов магнитов, используемых в бесколлекторных двигателях, может быть разным. По количеству полюсов можно судить о крутящем моменте и оборотах и двигателя.

• Моторы с двухполюсными роторами имеют наибольшую скорость вращения при наименьшем крутящем моменте. Эти моторы по конструкции могут быть только «инраннерами». Такие двигатели часто продаются уже с закреплёнными на них планетарными редукторами, так как их обороты слишком велики для прямого вращения пропеллера. Иногда такие моторы используют и без редуктора - например, ставят на гоночные авиамодели.
• Моторы с большим количеством полюсов имеют меньшую скорость вращения, но зато больший крутящий момент. Такие моторы позволяют использовать пропеллеры большого диаметра, без необходимости применять редукторы.

Вообще, пропеллеры большого диаметра и небольшого шага, при относительно низкой частоте вращения обеспечивают большую тягу, но сообщают модели небольшую скорость, в то время как маленькие по диаметру пропеллеры с большим шагом на высоких оборотах обеспечивают высокую скорость, при сравнительно небольшой тяге. Таким образом, многополюсные моторы идеально подходят для моделей, которым нужна высокая тяговооруженность, а двухполюсные без редуктора - для скоростных моделей. Для более точного подбора двигателя и пропеллера к определенной модели, можно воспользоваться специальными инструментами для расчётов.

Также бесколлекторные моторы, и соответственно регуляторы хода для них, можно разделить на 2 типа: с датчиками положения ротора и без них. Моторы без датчиков проще в изготовлении, поэтому большинство моторов и контроллеров в настоящее время именно такие (кроме специальных автомодельных).

Производителей бесколлекторных моторов и регуляторов к ним очень много. Конструктивно и по размерам бесколлекторные двигатели тоже сильно различаются. Более того, самостоятельное изготовление бесколлекторных двигателей на основе деталей от CD-приводов и других промышленных бесколлекторных моторов стало весьма распространенным явлением в последнее время. Возможно, именно по этой причине у бесколлекторных двигателей сегодня нет даже такой приблизительной общей классификации как у коллекторных собратьев.

FAQ[править]

Мотор крутится не в ту сторону[править]

Чтобы поменять направление вращения бесколлекторного мотора, достаточно поменять местами подключение любых двух из трёх проводов (которые идут к мотору).

Могут ли моторы CW/CCW вращаться в другую сторону[править]

На моторах для мультикоптеров часто есть обозначение направления вращения CW/CCW. Они могут вполне вращаться и в обратную, не предназначенную для них сторону, если поменять местами 2 провода подключения (если в моторе нет встроенного регулятора). Мотор не сломается и его ресурс не уменьшится.

Следует иметь в виду, что обозначения CW/CCW ставятся в соответствии с крепежом пропеллера: направлением резьбы для затяжки пропеллера. То есть если мотор будет крутиться в обратном для него направлении, то возможно самооткручивание гайки и отстрел пропеллера. В таком случае следует применять самозатягивающиеся (нейлоновые) крепления.

Бесколлекторный мотор плохо стартует[править]

Мотор плохо стартует, то есть начинает вращаться, а потом останавливается...

• Большинство причин кроется в больших скачках тока и, как следствие, провалах питающего напряжения. В первую очередь проверьте провода до аккумулятора. Пробную проверку лучше производить на той длине проводов, которые даны изготовителем, или короче.
• Попробуйте снять нагрузку с мотора и проверить его на холостом ходу. Если так всё в порядке, а при установке пропеллера возникают проблемы, только дергается в одном направлении, попробуйте поставить мягкий старт или увеличить время акселерации. Также здесь поможет установка плавного выключения мотора.
• Контроллеры, у которых есть ограничение тока, всегда имеют индикацию этого режима - это поможет установить, произошло срабатывание токовой защиты или нет.

Чем и как смазывать подшипники[править]

• Смазывать надо «быстроходными» маслами, т. е. жидкими. Нижний минимум по вязкости - трансмиссионное масло для мотоциклетных коробок. А лучше купить обычную «веретёнку». Купите один пузырёк, и закроете вопрос на несколько лет.
• Если подшипник разбирать, то внутрь зубочисткой "шрус 4" и пару капель синтетической трансмиссионки. Аккуратно собрать, протереть и прокрутить - всё само перемешается.
• Если подшипник не разбирать, то один из лучших методов смазки - это создать вакуум с помощью шприца. Внутрь шприца налить синтетику для трансмиссии, поместить туда подшипники, и поршень - на разряжение.
• Как это делалось в недалёкую бытность, на большинстве автобаз, ремонтных мастерских и т.д. (способ наших дедов): маленькая ёмкость, смазка, подшипник, и на огонь. Когда сильно нагрелось, снимаем и остужаем. Воздух при нагреве выходит, а при остывании засасывает смазку пока она тёплая и не очень вязкая. Конечно, раньше не было силиконов и других крутых смазок, но наши предки таким образом даже густые смазки в подшипники загоняли.
• При потенциальной опасности попадания воды на/в моторы (полёты вблизи или над водоёмами) полезно заменить все подшипники в моторах на нержавеющие. Иначе от малейшего контакта с (особенно - морской) водой (и даже без контакта) подшипники может заклинить. Ещё более радикальное средство – подшипники с шариками из двуокиси циркония, но стоят дорого.

Моторы загрязнились[править]

Для чистки моторов от грязи (например, после падения) понадобится разборка, маленькая кисточка с жёстким ворсом (зубочистка) и сжатый воздух. Необходимо избежать попадания жидкостей в подшипники, не только воды или спирта, но и органических растворителей типа WD-40 или бензина, иначе подшипникам быстро выйдут из строя: кроме ржавчины и вымывания смазки могут быть микрогидроудары и кавитация при вращении шариков по влажной обойме.

Как измерять температуру мотора[править]

Считается, что температура мотора не должна превышать 80°С. Температуру следует измерять в процессе работы мотора, т.к. он обдувается проходящими массами воздуха от пропеллера, если он полностью не закрыт. Примерно 30° температуры мотор обычно сразу добирает в течении 10 секунд после остановки при работе на максимальной мощности. Проверено инфракрасным датчиком температуры.

Где найти стопорные шайбы (кольца) для валов[править]

стопорные кольца для валов моторов

• В местных магазинах с названиями «крепёж», «метизы», в том числе на строительных рынках. Ключевые слова для продавцов:
• Искать в интернет-магазинах можно по ключевым словам «стопорные шайбы», «стопорные кольца», «упорные шайбы», «упорные кольца», «ГОСТ 11648», «ГОСТ 13942», "DIN 6799"
• Искать в зарубежных интернет-магазинах можно по ключевым словам E-Clips, DIN 6799
• Сделать самому из обычной шайбы подходящего размера, сделав в ней разрез.
• В старой технике (например, советском кассетнике).

Многожильный или одножильный провод намотки[править]

При прочих равных многожильный провод обеспечивает лучшее заполнение окна, в то время как одножильный гораздо лучше держит перегрузки за счёт лучшего охлаждения.

• Если говорить о снятии каких-либо рекордных ТТХ, то лучше многожильный провод намотки, например, как у T-Motor.
• Если просто летать каждый день, то лучше одножильный, так как он живучее к перегреву и крашам.

Полезно знать[править]

• Частое заблуждение, что если мотор «крутится с шагом/залипанием», то это показатель хорошего качества мотора или магнитов в нём. На самом деле залипание может являться следствием плохо рассчитанной геометрии статора в купе с зазором (слишком мелкий тоже плохо), поэтому показателем качества магнитов само по себе это не может являться.

Моторы по производителям[править]

• Tower pro
• Моторы Turnigy
• Моторы DYS
• Моторы Gartt
• Моторы T-Motor

См. также[править]

• В чём отличия намоток типа "дельта" и "звезда" у бесколлекторных моторов?
• Подбор пропеллеров к моторам
• Коллекторный мотор
• Регулятор скорости
• Балансировка мотора
• Балансировка ВМГ
• Перемотка мотора
• Книга: Кацман М.М. Электрические машины

Ссылки[править]

• Бесколлекторные двигатели
• Brushless DC electric motor (англ.) - статья в Wikipedia
• Бесколлекторный электродвигатель - статья в Википедии
• Открытый проект модуля управления электрическими моторами На гитхабе в том числе: 3D модель сборки в формате STEP, файл расчётов для DC-DC преобразователя на A8586 в формате Mathcad. Схема и печатная плата разработаны в среде Altium Designer 17.0.6.