Motory v multikoptérach

Motory sú jedna z najzákladnejších súčastí každej koptéry. V tomto článku sa pokúsim vysvetliť ako zhruba fungujú, ako sa delia, označujú a ako si vybrať ten správny.

Motory mávajú rôzne zloženie a usporiadanie súčastí ale vždy obsahujú dva základné komponenty: Cievky a magnety. Ďalej sú tam samozrejme veci ako oska, ložiská atď, no tým sa teraz nejdeme zaoberať. Tiež môžeme rozdeliť každý motor na dve základné časti: Rotor a Stator. Rotor je časť, ktorá sa otáča, stator je nehybný.
Základný princíp fungovania motora: Cievkou tečie striedavý prúd, čím sa okolo nej vytvára magnetické pole, ktoré sa odpudzuje a priťahuje od pola magnetov a tak vzniká pohyb.

Pri multikoptérach sa najviac používajú dva druhy motorov:

Brushed inrunner


Brushless outrunner


Outrunner znamená, že sa otáča vonkajší "obal" motora, Inrunner naopak znamená, že sa točí vnútro, zatiaľ čo vonkajšok motora sa nehýbe.

Brushed znamená, že napätie sa do točiacej sa cievky prenáša štetinkami, ktoré sa trú o jej kontakty. Tým, že cievka sa stále otáča sa na jej kontaktoch stále mení polarita, preto na riadenie takéhoto motora stačí obyčajné jednosmerné napätie. Nevýhodou je, že štetinky sa časom opotrebujú. Takéto motory sa používajú prevažne v hračkách a veľmi malých koptérach.



Brushless motory majú úplne iný design - cievka je pevná a nehýbe sa, tak je do nej napätie vedené normálnymi vodičmi. Priamy kontakt medzi cievkou a vodičmi umožňuje oproti brushed motorom väčší prúdový odber a vďaka neprítomnosti štetiniek sú brushless motory spoľahlivejšie. Nevýhodou je, že na riadenie takéhoto motora potrebujeme troj fázový striedavý regulátor - na jednosmerné napätie sa takýto motor točiť nebude. Tieto motory sa požívajú všade od väčších hračiek až po profesionálne filmovacie drony.



Zvyšok článku sa budeme zaoberať už len brushless motormi.

Poďme sa pozrieť na nejaké základné popisky a parametre, ktoré väčšinou udáva na svojich stránkach výrobca či predajca motora.
Často sa vám stane, že pri prehliadaní ponuky motorov vidíte veci ako 1806 2300KV alebo 2826 800KV a tak ďalej ale čo to znamená? Tu je zoznam väčšiny parametrov motora aj s vysvetlením:
Veľkosť (to štvorciferné číslo v názve motora): Prvé dve čísla sú priemer jadra cievky, ďalšie dve sú výška jadra cievky. Čím väčšie jadro, tým viac magnetickej energie a tým pádom aj silnejší motor.
KV: Počet otáčok naprázdno za minútu (rpm) pre každý volt napätia, napr. 1500KV motor bude mať bez záťaže pri napájaní 4 voltami 6000 otáčok za minútu.
Výkon: Koľko energie (meraná vo Wattoch) môže motor dlhodobo spotrebovávať bez jeho poškodenia.
Prúd: Koľko ampérov môže tiecť motorom dlhodobo (alebo na stanovený čas) bez jeho poškodenia.
Napätie (v "S-kách", napr. 3S, 4S): Vyjadruje koľko článkov v sérii môže mať baterka, ktorou motor napájame.
Prúd naprázdno: Koľko ampérov odoberá nezaťažený motor pri určitom napätí.
Jednosmerný odpor vinutia: Samo-vysvetľujúce, čím menší odpor, tým menšie straty (menej odpadového tepla)
Lepší výrobcovia často ku motorom udávajú aj tabuľku s meraniami výkonu pri použití rôznych batérií a rôznych vrtúľ, napríklad:



Z tabuľky možno vyčítať, ako sa bude motor správať pri použití rôznych vrtúľ. Napríklad s troj-článkovou baterkou bude pri vrtuli HQ5030 maximálny ťah motora okolo 350g a odber 6,6A (73W) a pri napájaní štvor-článkovou baterkou sa ťah zvýši na 560g a odber stúpne na 10A (150W). V takýchto tabuľkách často nájdeme aj hodnoty pre rôzne polohy páčky plynu (v tomto prípade 50% a 100%), poprípade ďalšie parametre (otáčky v záťaži, efektivita g/W, teplota motora)
Takéto tabuľky nám veľmi pomôžu, keď si nie sme istí, ktorý motor chceme pre náš lietajúci stroj použiť a tým sa dostávame na posledný bod článku:

Výber vhodného motora pre multikoptéru:

Pri stavbe koptéry si motory vyberáme podľa mnohých kritérií no celé sa to začína u veľkosti rámu. Príklad: Máme kvadrokoptéru s rámom o veľkosti 500mm, na ktorý bez problémov môžeme použiť aj 10" vrtule, tak načo trápiť 2300KV motor s 6" vrtuľkami, keď tú istú robotu s oveľa menšou námahou zvládne pomalší motor s 10" vrtuľou? Teraz si musíme odhadnúť letovú hmotnosť. Dajme tomu, že rám váži 200g, motory budú vážiť po 40g každý, s káblami po 50g. Regulátory zruba po 30g, baterka okolo 300 až 500g podľa kapacity a počtu článkov, kamera (ak ju plánujeme) bude ďalších 80g,... a takto si postupne vyrátame, že celková letová hmotnosť bude dajme tomu 1500 až 1800g a podľa toho si vyberieme motory. Aby 1800g quad lietal ako tak slušne, tak motory, ktoré ho nesú musia byť schopné utiahnuť minimálne 1,5x jeho celkovú hmotnosť, čo je v tomto prípade 2700g - to je naše absolútne minimum. Pokiaľ by sme použili slabšie motory, quad by pri náklone nedokázal udržať výšku, pri rýchlom klesaní by mohol byť nestabilný a hromada iných nepríjemností. Pre naozaj stabilný lietajúci stroj by sme mali voliť motory s aspoň 2x takým ťahom, ako je naša letová hmotnosť, čiže v tomto prípade 3600g, to vydelíme počtom motorov a víde nám potrebný ťah na jeden motor (v tomto prípade 900g). Teraz hľadáme medzi motormi adekvátnej veľkosti (pre 400mm+ sú ideálne motory o veľkosti zhruba 2212 a väčšie, pre 300mm a menšie sú vhodné motory okolo 2208 a menej) a pozeráme sa na tabuľky z meraní, podľa ktorých zistíme, ktoré motory pri použití 10" vrtule dokážu utiahnuť aspoň okolo 900g. Tiež sa však pozeráme na efektivitu (ak nieje dostupná tak odoberaný prúd alebo výkon). Čím menej prúdu bude motor pri ťahu 900g odoberať, tým dlhší bude letový čas.

Na záver chcem len upozorniť, že nie všetky údaje v tomto článku musia byť sto percentné a úplne presné a zároveň chcem čitateľov poprosiť, že ak nájdete chybu, upozornite na ňu, aby som ju mohol opraviť.

Zdroje:
Úvodný obrázok - HobbyKing
Tabuľka - Amaxshop