Щёточные и бесщёточные моторы для квадрокоптеров. В чём разница? Как выбрать?

При выборе квадрокоптера, будь то для развлечений, съемки видео или исследовательских целей, многие сталкиваются с рядом технических параметров, определяющих функциональность и производительность устройства. Одним из вопросов, с которым приходится столкнуться, является выбор между двумя типами моторов: щёточными и бесщёточными.

Электромоторы - это устройства, которые преобразуют электрическую энергию в механическую. Они используются во многих областях, в том числе в авиации, автомобильной промышленности, робототехнике и дронах. Существует два основных типа моторов: щеточные и бесщеточные. Они отличаются по своему устройству, характеристикам и применению.

Оба типа моторов основаны на электромагнетизме. Когда ток проходит через обмотку (катушку) провода, она создает временное магнитное поле, которое притягивает или отталкивает постоянные магниты внутри мотора. Поочередно меняя направление тока, можно создать постоянную магнитную силу, которая вращает мотор вокруг оси.

Однако устройство двух типов моторов очень разное.

Сегодня в нашей статье мы рассмотрим различия между этими двумя видами моторов и разъясним, в чем заключаются преимущества одних над другими. Давайте начнем с рассмотрения сути этого технологического выбора и его влияния на общий опыт использования беспилотных летательных аппаратов.

Содержание:

1. Щеточные моторы.

2. Бесщеточные моторы.

3. Преимущества.

4. Применение в квадрокоптерах.

Заключение.

Что же представляют из себя щётки моторов?

Щётки в моторах представляют собой важные компоненты, выполненные из проводящих материалов, таких как углерод, графит и медь. Размещенные в верхней части мотора, они выполняют функцию передачи энергии от статора к ротору.

Статор внутри мотора – это вращающийся элемент, обмотанный проводом, действующий как электромагнит с двумя полюсами. Ротор представляет собой вращающуюся часть мотора, а ключевую роль играет коммутатор – металлическое кольцо на роторе, меняющее полярность каждые 180 градусов.

В процессе вращения ротора, коммутатор активирует магнитное поле статора, создавая постоянное отталкивание между полюсами статора и ротора. Это механизм, обеспечивающий вращение мотора. Для подачи тока на коммутатор применяются щетки – неподвижные части из проводящего материала, соединенные с клеммами источника питания. Задача щеток заключается в передаче тока на коммутатор, активируя статор и запуская вращение мотора. Таким образом, щётки играют важную роль в обеспечении непрерывного потока энергии и эффективной работы мотора.

Бесщеточный мотор

Бесщеточный мотор использует постоянный магнит и осуществляет переключение полярности электронным способом, вместо щеток, поэтому он называется бесщеточным. Постоянные магниты расположены на роторе, а обмотки - на статоре. Для управления током, проходящим через обмотки, используется электронный регулятор скорости (ESC). Он посылает импульсы тока с разной частотой и длительностью, чтобы создать вращающееся магнитное поле на статоре, которое взаимодействует с магнитным полем ротора. Так как ротор имеет движущийся колокол, мотор обычно крепится к основанию с помощью винтов.

Преимущества щеточных и бесщеточных моторов:

Щеточные и бесщеточные моторы имеют свои достоинства и недостатки, которые могут повлиять на выбор мотора в зависимости от целей и условий применения.

Преимущества щеточных моторов:

- Дешевые в производстве

- Могут быть произведены в миниатюрном размере

- Устойчивы к экстремальным условиям из-за отсутствия электроники

- Иногда имеют заменяемые щетки для продления срока службы

- Имеют двухпроводное управление - управление простое; в отличии от бесщеточных моторов которые имеют три провода и требуют регулятора скорости для работы

- Не требуют регулятора скорости для постояннства скорости

- Популярные области применения: дроны, вентиляторы, электроинструменты, маленькие игрушки с моторами и компьютерные периферийные устройства.

Преимущества бесщеточных моторов:

- Нет щеток - меньше обслуживания и большая долговечность

- Более эффективны - меньше энергии теряется в виде тепла

- Лучше скорость и крутящий момент из-за отсутствия щеток, так как трение щеток увеличивается с увеличением скорости

- Больший диапазон скоростей

- Лучше отвод тепла из-за конструкции по сравнению с щеточными моторами

- Более энергоэкономичны для высокоскоростных/высокомощных операций

- Популярные области применения: радиоуправляемые модели самолетов и дронов, электротранспорт и промышленное оборудование, требующее высокой скорости вращения и мощности.

Применение моторов в квадрокоптерах.

Бесщеточные моторы являются более популярным выбором для квадрокоптеров. Они используются практически во всех типах и размерах дронов, включая крупногабаритные беспилотники и те, которые работают на низкомощных батареях. Существуют разные размеры и характеристики бесщеточных моторов, которые подходят для разных целей и стилей полета.

Высокий коэффициент скорости означает, что мотор может достигать высоких оборотов при низком напряжении, но имеет меньший крутящий момент. Низкий коэффициент скорости означает, что мотор имеет больший крутящий момент, но требует большего напряжения для достижения высоких оборотов. Подбор подходящего мотора зависит от веса, размера и цели квадрокоптера.

Щеточные моторы всё реже используются в квадрокоптерах, так как они имеют много недостатков по сравнению с бесщеточными. Они менее эффективны, быстро изнашиваются, имеют ограниченный диапазон скоростей и мощности, и создают электрические помехи, которые могут влиять на работу других компонентов дрона. Однако они могут быть использованы в некоторых случаях, например, в очень дешевых или маленьких БПЛА, которые не требуют высокой производительности или долгого времени полета.

Так, например компания DJI в основном использует бесщеточные моторы в своих дронах, таких как например Mavik, Air и Avata из-за их преимуществ. Однако в модели DJI Tello самом бюджетном дроне компании, который не требуют высокой производительности или долгого времени полета, DJI использует щеточные моторы.

Заключение

В этой статье мы рассмотрели, как работают щеточные и бесщеточные моторы, какие у них преимущества и недостатки, и как они используются в квадрокоптерах. Мы узнали, что бесщеточные моторы являются более популярным и подходящим выбором для дронов, так как они обеспечивают лучшую эффективность, долговечность, скорость и мощность. Однако щеточные моторы могут быть полезны в некоторых ситуациях, когда требуется низкая стоимость или простота эксплуатации. Надеемся, что эта статья помогла вам лучше понять разницу между щеточными и бесщеточными моторами и выбрать подходящий мотор для вашего квадрокоптера.