UAV variklio problema nėra tai, ką manote
Dauguma inžinierių, nurodančių UAV varomųjų variklių magnetus, daugiausia dėmesio skiria energijos produktui. Didesnis BHmax reiškia didesnį srauto tankį, o tai reiškia didesnę KV ir didesnę trauką vienam variklio svorio gramui. Ši logika yra teisinga, tačiau ji sustoja maždaug įpusėjus faktinei projektavimo problemai.
Dalis, kuri kankina komandas atliekant bandymus: UAV varomieji varikliai veikia ekstremaliais elektros dažniais, be aušinimo oro srauto, išskyrus tai, ką sukuria pats sraigtas, ir veikiant apkrovai ciklai, kurie iš tuščiosios eigos į pilną droselį gali persijungti per mažiau nei 100 milisekundžių. N52 gali suteikti jums geriausią statinio srauto tankį, bet jei magneto temperatūra pasiekia 140 laipsnių nuolat kylant aukštai aplinkos temperatūrai – 40 laipsnių dieną tai bus sandarioje galvoje – jūs tiesiog įdėjote karščiui jautriausią klasę į blogiausią įmanomą aplinką.
Norint teisingai pasirinkti UAV magnetą, reikia galvoti apie elektros dažnį, rotoriaus temperatūrą esant realioms skrydžio apkrovoms ir kompromisą tarp srauto tankio ir priverstinės jėgos visame skrydžio apvalkale. Štai kaip tai padaryti.
1. Elektros dažnis yra pirmasis filtras
Daugelio rotorių UAV varomieji varikliai paprastai veikia 1 400–2 200 KV mažiems rėmams (3–7 colių atramos) ir 100–400 KV didesnėms profesionalioms platformoms. Esant 14S akumuliatoriaus įtampai (58,8 V vardinė) ir 1 800 KV, variklis, pasiekiantis 80 % tuščiosios eigos greičio esant apkrovai, sukasi maždaug 84 000 aps./min. Su 14 polių porų konfigūracija – standartine didelės KV galios spyruoklinių konstrukcijų – elektros dažnis yra 19 600 Hz.
Tuo dažniu sūkurinės srovės nuostoliai laminavimo skalėje su dažnio ir laminavimo storio kvadratu. Variklis, kuriame naudojamas 0,35 mm silicio plienas, esant 20 000 Hz dažniui, išsklaidys maždaug 6 kartus daugiau šerdies nuostolių nei tas pats variklis su 0,20 mm sluoksniuotu sluoksniu. Ši šiluma patenka į rotorių, o iš rotoriaus - į magnetus. Todėl laminavimo pasirinkimas neatsiejamas nuo magnetinio laipsnio sprendimo – abu turi būti nurodyti kartu, atsižvelgiant į tikslinį veikimo dažnį.
Didelės KV varikliams, viršijantiems 1 000 KV: 0,20 mm silicio plienas yra praktinis minimumas. Profesionaliems lėtaeigiams varikliams, kurių galia mažesnė nei 200 KV, veikiantiems žemesniu elektros dažniu, 0,35 mm yra priimtinas ir sumažina gamybos sąnaudas.
2. Šiluminis apvalkalas esant realioms skrydžio apkrovoms
Laikymas ant 50 % droselio nėra šiluminės konstrukcijos taškas. Šiluminės konstrukcijos taškas yra 30 sekundžių nuolatinis pakilimas visu droseliu nuo šiltos pradžios – scenarijus, kai didžiausias vario ir geležies nuostolis sutelkiamas naudojant minimalų konvekcinį aušinimą.
Įprastame 5 colių lenktyniniame variklyje (statoriaus skersmuo 22 mm, 12N14P konfigūracija) šis scenarijus sukuria 110–135 laipsnių apvijų temperatūrą, o magneto – 85–105 laipsnių, matuojant ant išorinio magneto paviršiaus. Magneto vidus, sujungtas su rotoriaus užpakaline geležimi, veikia 10–15 laipsnių karščiau. Taigi efektyvi magneto temperatūra blogiausiu atveju yra 95–120 laipsnių.
Esant 120 laipsnių temperatūrai, N52 magnetas – Hcj paprastai 955 kA/m – veikia maždaug 15 % sumažindamas priverstinę jėgą, palyginti su kambario temperatūra. BH kreivės kelio taškas esant tokiai temperatūrai yra pakankamai arti didelės srovės variklio veikimo taško, todėl dalinis išmagnetinimas dėl srovės šuolių yra reali, o ne teorinė rizika. N52H, kurio Hcj yra apie 1 274 kA/m esant 20 laipsnių temperatūrai, suteikia daug daugiau atsargų esant aukštesnei temperatūrai.
Praktinė rekomendacija: bet kuriam UAV varikliui, kuriame tikimasi nuolatinio veikimo visu droseliu – pristatymo dronams, profesionalioms kinematografijos platformoms, žemės ūkio purkštuvams – nurodykite N48H arba N50H, o ne N52 ar N52H. Atsisakote 3–5% vardinio srauto tankio ir įgyjate pakankamai prievartos jėgos, kad galėtumėte saugiai veikti esant 120 laipsnių magneto temperatūrai.
3. Pažymių pasirinkimas UAV programa
| Taikymas | Tipiškas KV diapazonas | Maksimali magneto temp | Rekomenduojamas laipsnis | Samprotavimas |
|---|---|---|---|---|
| FPV lenktynės (3–5 colių) | 2000–2800 KV | 100-130 laipsnių | N48H | Trumpi sprogimai, gera konvekcija iš atviro rėmo; H priesaga suteikia šiluminę ribą neprarandant per daug srauto |
| FPV lenktynės (5–7 colių) | 1 200–2 000 KV | 90-120 laipsnių | N50H | Didesnis variklio tūris pagerina šilumos išsiskyrimą; N50H gerai pasiekia srauto / prievartos balansą |
| Laisvas stilius / kinematografinis (5–7 colių) | 1700–2400 KV | 85-115 laipsnių | N48H–N50H | Panašus į lenktynes, bet su ilgesnėmis atkarpomis; H priesaga svarbi |
| Profesionalus kinas (10–15 colių) | 100-400 KV | 70-100 laipsnių | N45H–N48H | Mažesnis elektros dažnis sumažina šerdies nuostolius; žemesnė KV reiškia mažesnę didžiausią srovę; N45H dažnai pakanka |
| Pristatymas / Logistika UAV | 150-600 KV | 100–130 laipsnių (gondola) | N45SH–N48SH | Uždara galvelė pašalina konvekcinį aušinimą; SH priesaga, būtina norint nuolat kilti aukštoje aplinkos temperatūroje |
| Žemės ūkio purkštuvas | 80-200 KV | 90-120 laipsnių | N42SH–N45SH | Ilgos skrydžio trukmės esant daliniam droseliui esant didelėms aplinkos sąlygoms; pirmenybę teikti Hcj, o ne BHmax |
4. Lanko segmentas ir plytelių magnetas, skirtas Outrunner rotoriams
Outrunner UAV varikliai – kai rotorius yra išorinis apvalkalas, o statorius yra fiksuotas – naudojami paviršiuje montuojami magnetai, pritvirtinti prie rotoriaus skardinės vidinės pusės. Galimi du geometrijos pasirinkimai: lankiniai segmentai, išlenkti, kad atitiktų rotoriaus spindulį, ir plokščios plytelės.
Plokščias plyteles pigiau gaminti ir lengviau įsigyti. Problema ta, kad plokščia plytelė ant lenkto rotoriaus galinės dalies sukuria kintamą oro tarpą: maksimalus plytelių kraštuose, minimalus plytelių centre. 22 mm statoriaus skersmens variklyje šis pokytis yra pakankamai mažas, kad būtų galima ignoruoti. 40 mm ar didesniame statoriuje, būdingame profesionalioms platformoms, oro tarpo svyravimai nuo plokščių plytelių sukuria išmatuojamą sukimo momento virpėjimą polių praėjimo dažniu.
Varikliams, kurių statoriaus skersmuo didesnis nei 35 mm, lanko segmentai, suderinti su rotoriaus kreivumu, sukuria vienodą oro tarpą ir sumažina sukimo momento virpėjimą 40–60 %, palyginti su lygiavertės klasės plytelėmis. Kainos priemoka paprastai yra 15–25 %, palyginti su plokščiomis plytelėmis, kai gaminami kiekiai, o tai greitai išnyksta, kai atsižvelgiama į sutaupytas vibracijos izoliacijas fotoaparato kardanoje arba sumažėjusį konstrukcinį lėktuvo korpuso nuovargį.
5. Klijai ir surinkimo paraštė
NdFeB šiluminio plėtimosi koeficientas (maždaug 5–7 × 10⁻⁶/laipsnis) nuo aliuminio rotorinių skardinių (23 × 10⁻⁶/laipsnis) skiriasi maždaug 3–4 ×. Kai temperatūra svyruoja 100 laipsnių kampu, 15 mm lanko segmentas ant 40 mm skersmens aliuminio rotoriaus sukibimo linijoje diferencinis išsiplėtimas bus maždaug 0,027 mm.
Standartiniai dviejų dalių epoksidiniai klijai, kurių Shore D kietumas didesnis nei 80, po šio ciklo įtrūks, jei sukibimo linijos storis bus mažesnis nei 0,08 mm. Tinkamas metodas yra lankstus epoksidinis derinys su Shore D 60–75 diapazone ir kontroliuojama 0,10–0,15 mm sukibimo linija. Magnetų tiekėjas turėtų galėti patvirtinti klijų suderinamumą su rotoriaus medžiaga ir darbinės temperatūros diapazonu – jei jis negali, verta turėti tokią informaciją prieš pradedant išbandyti pirmąją variklių partiją.
6. Ko paklausti savo magnetų tiekėjo
- ☐ BH kreivės 20 laipsnių, 80 laipsnių ir 120 laipsnių kampu nuo gamybos medžiagos - duomenų lapo tipinių verčių nepakanka
- ☐ Srauto tankio vienodumas visoje gamybos partijoje: pasiekiamas ±2 %; ±5 % yra priimtinas; viršija, kuri sukuria variklių variaciją, kurią reikia individualiai kalibruoti
- ☐ Lanko segmento spindulio tolerancija: ±0,05 mm yra standartinis; užklausa ±0,03 mm, jei jūsų vardinis oro tarpas yra mažesnis nei 0,35 mm
- ☐ Klijų rekomendacija pagal jūsų rotoriaus medžiagą ir darbinę temperatūrą
- ☐ Druskos purškimo bandymo rezultatai, jei variklis veiks drėgnoje arba pakrantės aplinkoje (minimaliai padengta cinku; apsvarstykite galimybę naudoti epoksidinę dangą jūroje)
- ☐ Minimalus užsakymo kiekis individualiems lanko segmentams – dauguma tiekėjų reikalauja 500–2000 vienetų individualiai geometrijai; atitinkamai suplanuokite savo inžinerinių mėginių kiekius
HIMAGNET tiekia lanko segmentų ir plytelių magnetus UAV varikliams iš mažų partijų inžinerinių pavyzdžių iki gamybos apimties. Jei norite pasirinkti tinkamą jūsų variklio dizainą,susisiekite su mūsų inžinierių komandasu jūsų KV, polių skaičiumi, darbinės temperatūros įvertinimu ir rotoriaus geometrija.
