ब्रशलेस मोटर्स: 7 कदम

2024 लेखक: John Day | [email protected]. अंतिम बार संशोधित: 2024-01-30 09:22

यह निर्देशयोग्य आधुनिक उत्साही क्वाडकॉप्टर मोटर्स के पीछे मोटर तकनीक का एक गाइड / अवलोकन है। सिर्फ आपको यह दिखाने के लिए कि क्वाडकॉप्टर क्या करने में सक्षम हैं, इस अद्भुत वीडियो को देखें। (वॉल्यूम देखें। यह बहुत जोर से आता है) सारा श्रेय वीडियो के मूल प्रकाशक को जाता है।

चरण 1: शब्दावली

अधिकांश ब्रशलेस मोटर्स को आमतौर पर संख्याओं के दो सेटों द्वारा वर्णित किया जाता है; जैसे: हाइपरलाइट 2207-1922KV। संख्या का पहला सेट मिलीमीटर में मोटर के स्टेटर आकार को संदर्भित करता है। यह विशिष्ट मोटर स्टेटर 22 मिमी चौड़ा और 7 मिमी लंबा है। पुराने DJI Phantoms में 2212 मोटर्स का इस्तेमाल होता था। स्टेटर आयाम आमतौर पर एक प्रवृत्ति का पालन करते हैं:

लंबा स्टेटर उच्च शीर्ष प्रदर्शन (उच्च आरपीएम रेंज) के लिए अनुमति देता है

वाइडर स्टेटर एक मजबूत लोअर एंड परफॉर्मेंस (लोअर आरपीएम रेंज) की अनुमति देता है

संख्या का दूसरा सेट मोटर के लिए केवी रेटिंग है। मोटर की KV रेटिंग उस विशिष्ट मोटर का वेग स्थिरांक है, जिसका मूल रूप से मतलब है कि मोटर 1V का बैक EMF बनाएगी जब मोटर उस RPM पर घूमती है या KV के अनलोडेड RPM पर स्पिन करेगी जब 1V लगाया जाता है. उदाहरण के लिए: 4S लाइपो के साथ युग्मित इस मोटर का सैद्धांतिक नाममात्र RPM 1922x14.8 = 28, 446 RPM होगा

दरअसल, मोटर इस सैद्धांतिक गति तक नहीं पहुंच सकता क्योंकि इसमें गैर-रैखिक यांत्रिक नुकसान और प्रतिरोधक बिजली की हानि होती है।

चरण 2: मूल बातें

एक इलेक्ट्रिक मोटर रोटर से जुड़े घूर्णन इलेक्ट्रोमैग्नेट्स की ध्रुवीयता, मशीन के घूर्णन भाग और रोटर के चारों ओर स्टेटर पर स्थिर चुंबक को बदलकर टोक़ विकसित करती है। चुम्बकों का एक या दोनों सेट विद्युत चुम्बक होते हैं, जो फेरोमैग्नेटिक कोर के चारों ओर तार के घाव के तार से बने होते हैं। वायर वाइंडिंग के माध्यम से चलने वाली बिजली चुंबकीय क्षेत्र बनाती है, जिससे मोटर को चलाने वाली शक्ति मिलती है।

कॉन्फ़िगरेशन संख्या आपको बताती है कि स्टेटर पर कितने विद्युत चुम्बक हैं, और रोटर पर कितने स्थायी चुम्बक हैं। एन अक्षर से पहले की संख्या स्टेटर में मौजूद विद्युत चुम्बकों की संख्या को दर्शाती है। P से पहले की संख्या दर्शाती है कि रोटर में कितने स्थायी चुम्बक हैं। अधिकांश आउट-रनर ब्रशलेस मोटर्स 12N14P कॉन्फ़िगरेशन का पालन करते हैं।

चरण 3: इलेक्ट्रॉनिक गति नियंत्रक

एक ईएससी वह उपकरण है जो डीसी बिजली को बैटरी से एसी में परिवर्तित करता है। यह मोटर की गति और शक्ति को नियंत्रित करने के लिए उड़ान नियंत्रक से डेटा इनपुट भी लेता है। इस संचार के लिए कई प्रोटोकॉल हैं। प्राथमिक एनालॉग वाले हैं: पीडब्लूएम, ओनेशॉट 125, ओनेशॉट 42, और मल्टीशॉट। लेकिन ये क्वाडकॉप्टर के लिए अप्रचलित हो गए क्योंकि नए डिजिटल प्रोटोकॉल Dshot नाम से आए। इसमें एनालॉग प्रोटोकॉल के अंशांकन मुद्दों में से कोई भी नहीं है। चूंकि डिजिटल बिट्स को सूचना के रूप में भेजा जा रहा है, इसलिए उनके समकक्ष के विपरीत बदलते चुंबकीय क्षेत्र और वोल्टेज स्पाइक्स से सिग्नल बाधित नहीं होता है। डीशॉट 1200 और 2400 तक धोसोत मल्टीशॉट की तुलना में वास्तव में काफी तेज नहीं है, जो इस बिंदु पर केवल कुछ ईएससी पर चल सकता है। Dshot के वास्तविक लाभ मुख्य रूप से दो-तरफ़ा संचार क्षमता हैं, विशेष रूप से गतिशील फ़िल्टर को ट्यून करने में उपयोग के लिए FC को रूम डेटा वापस भेजने की क्षमता और टर्टल मोड जैसी चीज़ों को करने की क्षमता (अस्थायी रूप से क्वाड को फ़्लिप करने के लिए ESCs को उल्टा करना) अगर यह उल्टा फंस गया है)। एक ईएससी मुख्य रूप से मोटर के प्रत्येक चरण के लिए 6 मस्जिद, 2 और एक माइक्रोकंट्रोलर से बना होता है। मस्जिद मूल रूप से मोटर के आरपीएम को विनियमित करने के लिए एक निश्चित आवृत्ति पर ध्रुवीयता को उलटने के बीच वैकल्पिक रूप से बदलती है। ESC की वर्तमान रेटिंग है क्योंकि यह अधिकतम एम्परेज ड्रा है जिसे ESC लंबे समय तक बनाए रख सकता है।

चरण 4: दक्षता

(मल्टी स्ट्रैंड: पर्पल मोटर सिंगल स्ट्रैंड: ऑरेंज मोटर)

तार:

स्टेटर के चारों ओर एक मोटे तार के घाव की तुलना में मल्टी स्ट्रैंडेड तार किसी दिए गए क्षेत्र में तांबे की अधिक मात्रा को पैक कर सकते हैं, इसलिए चुंबकीय क्षेत्र की ताकत थोड़ी मजबूत होती है, लेकिन पतले तारों के कारण मोटर का समग्र पावर ड्रॉ सीमित होता है (यह देखते हुए कि मल्टी स्ट्रैंडेड मोटर का निर्माण तारों के किसी भी क्रॉसओवर के बिना किया जाता है जो कि विनिर्माण गुणवत्ता के कारण अत्यधिक संभावना नहीं है)। एक समान रूप से निर्मित मल्टी स्ट्रैंड मोटर की तुलना में एक मोटा तार अधिक करंट ले सकता है और उच्च बिजली उत्पादन को बनाए रख सकता है। एक उचित रूप से निर्मित बहु फंसे हुए मोटर का निर्माण करना कठिन होता है इसलिए अधिकांश गुणवत्ता वाले मोटर तार के एकल स्ट्रैंड (प्रत्येक चरण के लिए) के साथ बनाए जाते हैं। मल्टी स्ट्रैंड वायरिंग के छोटे फायदे मैन्युफैक्चरिंग और औसत दर्जे की डिजाइनिंग द्वारा आसानी से ट्रम्प कर दिए जाते हैं, यह उल्लेख नहीं करने के लिए कि यदि कोई पतली तार अधिक गरम या शॉर्ट सर्किट हो तो दुर्घटना के लिए बहुत अधिक जगह है। सिंगल स्ट्रैंड वायरिंग में उन समस्याओं में से कोई भी समस्या नहीं है क्योंकि इसमें बहुत अधिक वर्तमान सीमा और शॉर्ट सर्किट के न्यूनतम बिंदु हैं। इसलिए, विश्वसनीयता, स्थिरता और दक्षता के लिए, क्वाडकॉप्टर ब्रशलेस मोटर्स के लिए सिंगल स्ट्रैंड वाइंडिंग सबसे अच्छी है।

पी.एस. त्वचा के प्रभाव के कारण कुछ विशिष्ट मोटरों के लिए बहु-फंसे तार खराब होने के कारणों में से एक है। त्वचा प्रभाव एक वैकल्पिक विद्युत प्रवाह की प्रवृत्ति है जो एक कंडक्टर के भीतर वितरित हो जाती है जैसे कि वर्तमान घनत्व कंडक्टर की सतह के पास सबसे बड़ा होता है, और कंडक्टर में अधिक गहराई के साथ घटता है। त्वचा के प्रभाव की गहराई आवृत्ति के साथ बदलती रहती है। उच्च आवृत्तियों पर त्वचा की गहराई बहुत छोटी हो जाती है। (औद्योगिक उद्देश्यों के लिए, त्वचा के प्रभाव के कारण बढ़े हुए एसी प्रतिरोध का मुकाबला करने और पैसे बचाने के लिए लिट्ज़ वायर का उपयोग किया जाता है) यह स्किनिंग प्रभाव इलेक्ट्रॉनों को प्रत्येक कॉइल समूह के भीतर तारों में कूदने का कारण बन सकता है जो उन्हें एक दूसरे को प्रभावी ढंग से छोटा कर देता है। यह प्रभाव आमतौर पर तब होता है जब मोटर गीला होता है या 60 हर्ट्ज से अधिक की उच्च आवृत्तियों का उपयोग कर रहा होता है। स्किनिंग प्रभाव एड़ी धाराओं का कारण बन सकता है जो बदले में घुमावदार के भीतर गर्म स्थान बनाता है। यही कारण है कि छोटे तार का उपयोग करना आदर्श नहीं है।

तापमान:

ब्रशलेस मोटर्स के लिए उपयोग किए जाने वाले स्थायी नियोडिमियम मैग्नेट काफी मजबूत होते हैं, वे आमतौर पर चुंबकीय शक्ति के मामले में N48-N52 से होते हैं (उच्चतर मजबूत N52 मेरे ज्ञान के लिए सबसे मजबूत है)। N प्रकार के नियोडिमियम मैग्नेट 80 डिग्री सेल्सियस के तापमान पर स्थायी रूप से अपने चुंबकत्व का हिस्सा खो देते हैं। N52 मैग्नेटाइजेशन वाले मैग्नेट का अधिकतम कार्य तापमान 65 ° C होता है। एक जोरदार कूल-डाउन नियोडिमियम मैग्नेट को नुकसान नहीं पहुंचाता है। यह अनुशंसा की जाती है कि आप कभी भी मोटर्स को ज़्यादा गरम न करें क्योंकि तांबे की वाइंडिंग पर तामचीनी इन्सुलेट सामग्री की भी एक तापमान सीमा होती है और यदि वे पिघल जाती हैं, तो यह शॉर्ट सर्किट से मोटर को जला सकता है या इससे भी बदतर, आप उड़ान नियंत्रक। अंगूठे का एक अच्छा नियम यह है कि यदि आप 1 या 2 मिनट की छोटी उड़ान के बाद बहुत लंबे समय तक मोटर को पकड़ नहीं सकते हैं, तो आप शायद मोटर को गर्म कर रहे हैं और यह सेटअप विस्तारित उपयोग के लिए व्यवहार्य नहीं होगा।

चरण 5: टोक़

जैसे मोटर का वेग स्थिर होता है, वैसे ही एक टोक़ स्थिरांक होता है। ऊपर की छवि आपको टोक़ स्थिरांक और वेग स्थिरांक के बीच संबंध दिखाती है। टोक़ खोजने के लिए, आप बस टोक़ स्थिरांक को करंट से गुणा करें। ब्रशलेस मोटर्स में टॉर्क के बारे में दिलचस्प बात यह है कि बैटरी और मोटर के बीच सर्किटरी के प्रतिरोधक नुकसान के कारण, मोटर के टॉर्क और केवी के बीच संबंध सीधे तौर पर संबंधित नहीं है जैसा कि समीकरण से पता चलता है। संलग्न चित्र विभिन्न आरपीएम पर टॉर्क और केवी के बीच वास्तविक संबंध को दर्शाता है। पूरे सर्किट के अतिरिक्त प्रतिरोध के कारण, प्रतिरोध में% परिवर्तन केवी में% परिवर्तन के बराबर नहीं है और इसलिए रिश्ते में एक अजीब वक्र है। चूंकि परिवर्तन आनुपातिक नहीं हैं, मोटर के निचले केवी संस्करण में हमेशा एक निश्चित उच्च आरपीएम तक अधिक टॉर्क होता है, जहां उच्च केवी मोटर का आरपीएम हेडरूम ताकत से अधिक होता है और अधिक टॉर्क पैदा करता है।

समीकरण के आधार पर, केवी केवल टोक़ का उत्पादन करने के लिए वर्तमान में बदलता है, या इसके विपरीत, वर्तमान की निश्चित मात्रा से कितना टोक़ उत्पन्न होता है। वास्तव में टोक़ उत्पन्न करने के लिए मोटर की क्षमता चुंबक शक्ति, वायु-अंतराल, घुमाव के पार-अनुभागीय क्षेत्र जैसी चीजों का एक कारक है। जैसे-जैसे आरपीएम बढ़ता है, मुख्य रूप से ऊर्जा और आरपीएम के बीच गैर-रैखिक संबंध के कारण वर्तमान में नाटकीय रूप से वृद्धि होती है।

चरण 6: अतिरिक्त सुविधाएँ

मोटर की घंटी मोटर का वह हिस्सा है जो किसी शिल्प में सबसे अधिक नुकसान उठाएगी, इसलिए यह जरूरी है कि यह इस उद्देश्य के लिए सबसे अच्छी सामग्री से बना हो। अधिकांश सस्ते चीनी मोटर 6061 एल्यूमीनियम से बने होते हैं जो एक कठिन दुर्घटना में आसानी से ख़राब हो जाते हैं इसलिए उड़ान भरते समय डामर से दूर रहें। मोटर्स का अधिक प्रीमियम पक्ष 7075 एल्यूमीनियम का उपयोग करता है जो बहुत अधिक स्थायित्व और लंबी उम्र प्रदान करता है।

क्वाडकॉप्टर मोटर्स में हाल ही में एक खोखले टाइटेनियम या स्टील शाफ्ट का चलन है क्योंकि यह एक ठोस शाफ्ट की तुलना में हल्का है और इसमें बड़ी संरचनात्मक ताकत है। एक ठोस शाफ्ट की तुलना में, एक दी गई लंबाई और व्यास के लिए एक खोखला शाफ्ट कम वजन का होता है। इसके अलावा, खोखले शाफ्ट के साथ आगे बढ़ना एक अच्छा विचार है, अगर हम वजन घटाने और लागत में कटौती पर जोर देते हैं। ठोस शाफ्ट की तुलना में मरोड़ भार लेने के लिए खोखले शाफ्ट बहुत बेहतर होते हैं। इसके अतिरिक्त, टाइटेनियम शाफ्ट स्टील या एल्यूमीनियम शाफ्ट के रूप में आसानी से पट्टी नहीं करेगा। आमतौर पर इन खोखले शाफ्ट में उपयोग किए जाने वाले कुछ टाइटेनियम मिश्र धातुओं की तुलना में कठोर स्टील वास्तव में कार्यात्मक ताकत के मामले में बेहतर हो सकता है। यह वास्तव में चर्चा की जा रही विशिष्ट मिश्र धातुओं और उपयोग की जाने वाली सख्त तकनीक पर निर्भर करता है। दोनों सामग्रियों के लिए सबसे अच्छा मामला मानते हुए, टाइटेनियम हल्का होगा, लेकिन थोड़ा अधिक भंगुर होगा, और कठोर स्टील कठिन होगा लेकिन थोड़ा भारी होगा।

चरण 7: संदर्भ / संसाधन

विशिष्ट क्वाडकॉप्टर मोटर्स के अत्यंत विस्तृत परीक्षण और अवलोकन के लिए, YouTube पर EngineerX देखें। वह विस्तृत आँकड़े पोस्ट करता है और बेंच विभिन्न प्रोपेलर के साथ मोटर्स का परीक्षण करता है।

एफपीवी रेसिंग/फ्रीस्टाइल दुनिया पर दिलचस्प सिद्धांतों और अन्य अतिरिक्त जानकारी के लिए, कबाबएफपीवी देखें। वह क्वाडकॉप्टर तकनीक पर शैक्षिक और सहज चर्चा के लिए सुनने वाले सबसे महान लोगों में से एक हैं।

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