Побутова та медична техніка, авіамоделювання, трубозапірні приводи газо- та нафтопроводів – це далеко не повний перелікобластей застосування безколекторних двигунів (БД) постійного струму. Давайте розглянемо пристрій і принцип дії цих електромеханічних приводів, щоб краще зрозуміти їх переваги та недоліки.
Загальні відомості, будова, сфера застосування
Одна з причин вияву інтересу до БД - це зросла потреба у високооборотних мікродвигуна, що мають точне позиціонування. Внутрішнє влаштування таких приводів продемонстровано на малюнку 2.
Мал. 2. Пристрій біс колекторного двигунаЯк бачите, конструкція є ротором (якір) і статором, на першому є постійний магніт (або кілька магнітів, розташованих у певному порядку), а другий обладнаний котушками (В) для створення магнітного поля.
Примітно, що ці електромагнітні механізми можуть бути як із внутрішнім якорем (саме такий тип конструкції можна побачити на малюнку 2), так і зовнішнім (див. рис. 3).
Мал. 3. Конструкція із зовнішнім якорем (outrunner) Відповідно кожна з конструкцій має певну сферу застосування. Пристрої з внутрішнім якорем мають високу швидкість обертання, тому використовуються в системах охолодження, як силових установокдронів і т.д. Приводи з зовнішнім роторомвикористовуються там, де потрібне точне позиціонування та стійкість до перевантажень по моменту (робототехніка, медичне обладнання, верстати ЧПУ тощо).
Принцип роботи
На відміну від інших приводів, наприклад, асинхронної машинизмінного струму, для БД необхідний спеціальний контролер, який включає обмотки таким чином, щоб вектори магнітних полів якоря і статора були ортогональні один до одного. Тобто, по суті, пристрій-драйвер регулює крутний момент, що діє на якір БД. Наочно цей процес продемонстровано малюнку 4.
Як бачимо, кожного переміщення якоря необхідно виконувати певну комутацію в обмотці статора двигуна безколекторного типу. Такий принцип роботи не дозволяє плавно керувати обертанням, але дає можливість швидко набрати обертів.
Відмінності колекторного та безколекторного двигуна
Привід колекторного типу відрізняється від БД як конструктивними особливостями (див. рис 5), так і принципом роботи.
Мал. 5. А – колекторний двигун, В – безколекторний Розглянемо конструктивні відмінності. З малюнка 5 видно, що ротор (1 на рис. 5) двигуна колекторного типу, на відміну від безколекторного, має котушки, у яких проста схеманамотування, а постійні магніти (як правило, два) встановлені на статорі (2 на рис. 5). Крім цього, на валу встановлений колектор, до якого підключаються щітки, що подають напругу на обмотки якоря.
Коротко розповімо про принцип роботи колекторних машин. Коли на одну з котушок подається напруга, відбувається її збудження і утворюється магнітне поле. Воно вступає у взаємодію з постійними магнітами, це змушує прокручуватися якір і розміщений на ньому колектор. Через війну харчування подається іншу обмотку і цикл повторюється.
Частота обертання якоря такої конструкції безпосередньо залежить від інтенсивності магнітного поля, яке, у свою чергу, прямо пропорційне напрузі. Тобто щоб збільшити або зменшити обороти, достатньо підвищити або знизити рівень харчування. А для реверсу потрібно переключити полярність. Такий спосіб управління не вимагає спеціального контролера, оскільки регулятор ходу можна зробити на базі змінного резистора, а звичайний перемикач працюватиме як інвертор.
Конструктивні особливості двигунів безколекторного типу ми розглядали у попередньому розділі. Як ви пам'ятаєте, їхнє підключення вимагає наявності спеціального контролера, без якого вони просто не працюватимуть. З цієї причини ці двигуни що неспроможні використовуватися як генератор.
Варто також зазначити, що у деяких приводах даного типудля ефективнішого управління відстежуються положення ротора з допомогою датчиків Холла. Це значно покращує властивості безколекторних двигунів, але призводить до подорожчання і так дорогої конструкції.
Як запустити безколекторний двигун?
Щоб змусити працювати приводи даного типу, знадобиться спеціальний контролер (див. рис. 6). Без нього запуск неможливий.
Мал. 6. Контролери безколекторних двигунів для моделізму Збирати самому такий пристрій немає сенсу, дешевше і надійніше придбати готовий. Підібрати його можна за наступним характеристикам, властивим драйверам каналів:
- Максимально допустима сила струму ця характеристика наводиться для штатного режиму роботи пристрою. Досить часто виробники вказують такий параметр у назві моделі (наприклад, Phoenix-18). У деяких випадках наводиться значення пікового режиму, який контролер може підтримувати кілька секунд.
- Максимальний розмір штатної напруги для тривалої роботи.
- Опір внутрішніх ланцюгів контролера.
- Допустиме число оборотів, вказується в rpm. Понад це значення контролер не дозволить збільшити обертання (обмеження реалізовано на програмному рівні). Слід звернути увагу на те, що частота обертання завжди приводиться для двополюсних приводів. Якщо пар полюсів більше, слід розділити значення їх кількість. Наприклад, вказано число 60000 rpm, отже, для 6-ї магнітного двигуначастота обертання становитиме 60000/3=20000 prm.
- Частота генерованих імпульсів, більшість контролерів цей параметр лежить у межах від 7 до 8 кГц, більше дорогі моделідозволяють перепрограмувати параметр, збільшивши його до 16 чи 32 кГц.
Звернімо увагу, що три характеристики визначають потужність БД.
Управління безколекторним двигуном
Як зазначалося вище, управління комутацією обмоток приводу здійснюється електронікою. Щоб визначити, коли перемикатися, драйвер відстежує положення якоря за допомогою датчиків Холла. Якщо привід не забезпечений такими детекторами, то до уваги береться зворотна ЕРС, яка виникає в непідключених котушках статора. Контролер, який, по суті, є апаратно-програмним комплексом, відстежує ці зміни та задає порядок комутації.
Трифазний безколекторний електродвигун постійного струму
Більшість БД виконуються у трифазному виконанні. Для керування таким приводом у контролері є перетворювач постійної напругиу трифазне імпульсне (див. рис.7).
Рисунок 7. Діаграми напруг БД Щоб пояснити, як працює такий вентильний двигунслід разом з малюнком 7 розглядати малюнок 4, де по черзі зображені всі етапи роботи приводу. Розпишемо їх:
- На котушки "А" подається позитивний імпульс, тоді як на "В" - негативний, в результаті якір зрушить. Датчиками зафіксується його рух і подасть сигнал для наступної комутації.
- Котушки "А" відключається, і позитивний імпульс йде на "С" ("В" залишається без зміни), далі подається сигнал на наступний набір імпульсів.
- На "С" - позитивний, "А" - негативний.
- Працює пара «В» та «А», на які надходять позитивний та негативний імпульси.
- Позитивний імпульс повторно подається на "В", і негативний на "С".
- Включаються котушки "А" (подається +) і повторюється негативний імпульс на "С". Далі цикл повторюється.
У простоті управління, що здається, є маса складнощів. Потрібно не тільки відстежувати положення якоря, щоб зробити наступну серію імпульсів, а й керувати частотою обертання, регулюючи струм у котушках. Крім цього слід вибрати найбільше оптимальні параметридля розгону та гальмування. Варто також не забувати, що контролер повинен бути оснащений блоком, що дозволяє керувати його роботою. Зовнішній виглядтакого багатофункціонального пристрою можна побачити малюнку 8.
Мал. 8. Багатофункціональний контролер керування безколекторним двигуном Переваги і недоліки
Електричний безколекторний двигун має багато переваг, а саме:
- Термін служби значно довше, ніж у звичайних колекторних аналогів.
- Високий ККД.
- Швидкий набір максимальної швидкостіобертання.
- Він потужніший, ніж КД.
- Відсутність іскор при роботі дозволяє використовувати привід у пожежонебезпечних умовах.
- Не потрібне додаткове охолодження.
- Проста експлуатація.
Тепер розглянемо мінуси. Істотний недолік, який обмежує використання БД – їхня відносно висока вартість (з урахуванням ціни драйвера). До незручностей слід віднести неможливість використання БД без драйвера, навіть для короткострокового включення, наприклад, щоб перевірити працездатність. Проблемний ремонт, особливо якщо потрібно перемотування.
Принцип роботи безколекторного двигуна постійного струму (БКДП) був відомий дуже давно, і безщіткові двигуни завжди були цікавою альтернативою традиційним рішенням. Незважаючи на це, подібні електричні машини лише у XXI столітті знайшли широке застосування у техніці. Вирішальним чинником повсюдного застосування стало багаторазове зниження вартості електроніки управління приводом БДКП.
Проблеми колекторних двигунів
На фундаментальному рівні робота будь-якого електродвигуна полягає у перетворенні електричної енергії на механічну. Існують два основні фізичні явища, що лежать в основі пристрою електричних машин:
Двигун сконструйований в такий спосіб, що магнітні поля, створювані кожному з магнітів, завжди взаємодіють між собою, надаючи ротору обертання. Традиційний електродвигун постійного струму складається із чотирьох основних частин:
- статор (нерухомий елемент з кільцем з магнітів);
- якір (обертовий елемент з обмотками);
- вугільні щітки;
- колектор.
Така конструкція передбачає обертання якоря та колектора на одному валу щодо нерухомих щіток. Струм проходить від джерела через пружні для гарного контактущітки на комутатор, який розподіляє електрику між обмотками якоря. Магнітне поле, індуковане останніми, взаємодіє з магнітами статора, що змушує статор обертатися.
Головний недолік традиційного двигунау тому, що механічний контакт на щітках неможливо забезпечити без тертя. При збільшенні швидкості проблема поводиться сильніше. Колекторний вузол зношується з часом і, крім того, схильний до іскріння та здатний іонізувати навколишнє повітря. Таким чином, незважаючи на простоту та дешевизну у виготовленні, подібні електродвигуни мають деякі непереборні недоліки:
- знос щіток;
- електричні перешкоди внаслідок іскріння;
- обмеження максимальної швидкості;
- складності з охолодженням електромагніту, що обертається.
Поява процесорної техніки та силових транзисторів дозволило конструкторам відмовитися від вузла механічної комутації та змінити роль ротора та статора в електромоторі постійного струму.
Принцип роботи БДКП
У безколекторному електродвигуні, на відміну попередника, роль механічного комутатора виконує електронний перетворювач. Це дозволяє здійснити «вивернута навиворіт» схема БДКП – його обмотки розташовані на статорі, що виключає необхідність у колекторі.
Іншими словами, основне принципова відмінністьміж класичним двигуномі БДКП в тому, що замість стаціонарних магнітів і котушок, що обертаються, останній складається з нерухомих обмоток і обертових магнітів. Незважаючи на те, що сама комутація в ньому відбувається схожим чином, її фізична реалізація в безщіткових приводах набагато складніша.
Головне питання - точне керування безколекторним двигуном, що передбачає правильну послідовністьта частоту перемикання окремих секцій обмоток. Це завдання конструктивно можна розв'язати лише за можливості безперервного визначення поточного положення ротора.
Необхідні дані для обробки електронікою одержують двома способами:
- детектування абсолютного положення валу;
- вимірюванням напруги, що індукується в обмотках статора.
Для реалізації контролю першим способом найчастіше використовують оптичні пари, або закріплені нерухомо на статорі датчики Холла, що реагують на магнітний потік ротора. Головною перевагою подібних системзбору інформації про положення валу є їх працездатність навіть при дуже низьких швидкостяхта у стані спокою.
Безсенсорний контроль для оцінки напруги в котушках потрібно хоча б мінімального обертання ротора. Тому в таких конструкціях передбачено режим запуску двигуна до оборотів, при яких напруга на обмотках може бути оцінена, а стан спокою тестується за допомогою аналізу впливу магнітного поля на тестові імпульси струму через котушки.
Незважаючи на всі перераховані конструктивні складності, безщіткові двигуни завойовують все більшу популярність завдяки своїй продуктивності та недоступному для колекторних набору характеристик. Короткий перелік основних переваг БДКП перед класичними виглядає так:
- відсутність механічних втрат енергії на терті щіток;
- порівняльна безшумність роботи;
- легкість прискорення та уповільнення обертання завдяки малій інерції ротора;
- точність керування обертанням;
- можливість організації охолодження рахунок теплопровідності;
- здатність до роботи на високих швидкостях;
- довговічність та надійність.
Сучасне застосування та перспективи
Існує чимало пристроїв, для яких збільшення часу безвідмовної роботимає найважливіше значення. У подібному обладнанні застосування БДКП завжди виправдане, незважаючи на їхню порівняно високу вартість. Це можуть бути водяні та паливні насоси, турбіни охолодження кондиціонерів і двигунів і т. д. Безщіткові мотори використовуються в багатьох електричних моделях. транспортних засобів. В даний час на безколекторні двигуни всерйоз звернула увагу автомобільна промисловість.
БДКП ідеально підходять для малих приводів, що працюють у складних умовахабо з високою точністю: живильники та стрічкові конвеєри, промислові роботи, системи позиціонування Існують сфери, де безколекторні двигуни домінують безальтернативно: жорсткі диски, насоси, безшумні вентилятори, дрібна побутова техніка, CD/DVD приводи. Мала вага та висока вихідна потужність зробили БДКП також основою для виробництва сучасних бездротових ручних інструментів.
Можна сказати, що у галузі електроприводів зараз спостерігається значний прогрес. Падіння цін на цифрову електроніку, що продовжується, породило тенденцію на повсюдне застосування безколекторних двигунів замість традиційних.
Напевно задавалася питанням, чим відрізняється такий двигун від інших двигунів, наприклад від тих, що стоять в свердлильних верстатах. Двигуни, встановлені в не дуже потужних верстатах, зазвичай не іскрять, і працюють вони не так шумно, як той же дриль, що володіє меншою ніж верстат потужністю.
У чому ж справа? Справа в тому що двигун із щітками - це колекторний двигун, а двигун без щіток - безколекторний. Для вирішення різних завдань підійде свій тип двигуна десь краще підійдеколекторний, а десь можна встановити лише безколекторний.
Колекторний двигун
Двигун колекторний має, як правило, всього два дроти живлення, він простий в управлінні, достатньо регулювати постійну або змінну напругу живлення і обороти змінюватимуться відповідно. Керувати колекторним двигуном можна навіть за допомогою нехитрого димера. Головна перевага колекторного двигуна - високі обороти (десятки тисяч за хвилину) при високому моменті, що крутить.
Принцип роботи колекторного двигуна дуже простий. По суті, ротор його є набір мідних рамок в магнітопроводі, які по черзі комутуються до джерела живлення на колекторно-щітковому вузлі. Статор може бути як з постійних магнітів, так і з обмоткою, що живиться від того ж джерела, що і ротор, або від окремого джерела, а іноді статор і ротор включені в єдиний послідовний ланцюг (наприклад двигуни пральних машинок-автоматів).
На кожну з секцій обмотки ротора через колекторно-щітковий вузол, почергово, в процесі обертання ротора, подається. електричний струм, в результаті ротор перемагнічується, набуваючи чітко виражених північних і південних магнітних полюсів, завдяки яким і відбувається обертання ротора всередині статора (полюси ротора виштовхуються полюсами статора, потім ротор далі перемагнічується і знову виштовхується). Оскільки ротор щоразу комутується до джерела живлення черговою секцією, обертання не зупиняється, доки на колектор подається живлення.
Основний недолік колекторного двигуна
Оберти колекторного двигуна дуже зручно регулювати, але коли вони досить високі, щітки даються взнаки. Оскільки щітки постійно щільно прилягають до колектора, на високих обертах вони швидко зношуються, згодом так чи інакше засмічуються, і зрештою починають іскрити.
Зношування щіток, і взагалі колекторно-щіткового вузла, веде до зниження ефективності колекторного двигуна. Таким чином, сам колекторно-щітковий вузол - це і є головний недолікколекторних двигунів. Сьогодні від колекторних двигунів намагаються відмовлятися на користь безщіткових крокових.
У безколекторного двигуна немає колектора, ні щіток. Найпростіший прикладбезколекторного двигуна - асинхронний трифазний двигунз ротором типу «білизна клітина». Ще один приклад безколекторного двигуна - більш сучасний. кроковий двигун із магнітним ротором. Обмотки статора безколекторного двигуна самі перемагнічуються так, щоб ротор постійно розгортався і таким чином безперервно обертався.
Найчастіше сучасні безколекторні двигуни оснащуються датчиком положення ротора, за сигналами якого працює регулятор швидкості обертання двигуна. Сигнал з датчика положення ротора передається на процесор більше 100 разів на секунду, в результаті виходить точне позиціонування ротора і високий момент, що крутить. Бувають, звичайно, безколекторні двигуни і без датчика положення ротора, яскравий приклад - той самий асинхронний трифазний мотор. Мотори без датчика положення коштують дешевше, ніж з датчиком.
Переваги безколекторних двигунів
Оскільки ресурс підшипників ротора вкрай великий, можна сказати, що в безколекторному двигуні практично відсутні деталі, що зношуються з часом, і він взагалі не вимагає обслуговування в процесі експлуатації. Тут зведено до мінімуму тертя, відсутня проблема перегріву колектора, загалом надійність та ефективність безколекторних двигунів дуже високі.
Немає іскристих щіток, датчик положення ротора допоможе зробити управління точним, - недоліків практично немає, одні переваги. Хіба що ціна якісних крокових двигуніввище ніж у колекторних (плюс драйвер), але це ніщо порівняно з регулярною заміноюпружин, щіток та колекторів у колекторних двигунів.
Завдання електричного двигунастворити обертання, що надає руху радіокеровані моделі. Часто одні й ті самі радіокеровані моделі - автомоделі, авіамоделі, судномоделі - сильно відрізняються один від одного за ціною - майже в 2 рази. Ці моделі можуть бути укомплектовані колекторними та безколекторними двигунами та відповідними регуляторами. Потрібно зрозуміти, який двигун вибрати.
Існує 2 основних типи електродвигунів, що використовуються в радіокерованих моделях: колекторні та безколекторні.
(brushed, щіткові) дешеві, але моделі з такими двигунами розвивають меншу швидкість і такі мотори менш надійні.
Визначальною рисою колекторних двигунів є наявність щітково-колекторного вузла, який забезпечує рух радіокерованої моделі. Головним зовнішньою відмінністюколекторного двигуна від безколекторного є наявність у нього двох дротів замість трьох. Колекторний двигун складається з рухомої частини – ротор та нерухомої – статор (корпус). Колектор - набір контактів, розташовані на роторі та щітки - ковзні контакти, розташовані поза ротором і притиснуті до колектора. Ротор з обмотками обертається усередині статора. Щітки використовуються, щоб передавати електричну енергію на котушки обертових обмоток ротора. Звичайні колекторні електродвигуни мають всього два дроти (позитивний і негативний), якими двигун підключається до регулятора швидкості.
Колекторні двигуни, що використовуються в моделях радіокерування, працюють від постійного струму. Наприклад, подавши на два дроти двигуна відповідну напругу від джерела постійного струму, наприклад, звичайної батареї або акумулятора, приводимо вал двигуна в рух. Схема регулятора для колекторного двигуна проста, що також зменшує вартість такої комплектації. Ротор двигуна розганяє магнітне поле, яке створюється на обмотках. Величина цього поля залежить від напруги доданого до обмоток, чим більше магнітне поле буде створено, тим швидше буде крутитися ротор. На двигуні зазвичай вказується число обертів обмотки двигуна, що менше число, то вище швидкість обертання валу двигуна.
Серед переваг колекторних двигунів радіокерованих моделейможна виділити: малі розміри, вага, а також відносно низька вартість. Тому такий тип двигуна найчастіше застосовується у бюджетних комплектаціях моделей або у моделях початкового рівня. Якщо говорити про надійність колекторного двигуна, він сильно поступається безколекторному. За всієї їх простоти, вони мають один величезний недолік - обмежений ресурс. Наявність щітково-колекторного вузла має на увазі механічну системурухомих контактів, тобто механічна роботащіточок та колектора може призвести до іскріння при перегріві та швидке зноспри несприятливі умовиексплуатації (волога, бруд, пил). У процесі роботи колекторних двигунів відбувається поступове зношування. графітових щітокі металу колектора, якими щітки ковзають і рано чи пізно вони виходять з ладу. Перед початком експлуатації моделі двигун бажано обкатати при зниженому навантаженні для того, щоб щітки правильно притерлися до колектора. При агресивній (можливо 2 заїзди) або тривалої експлуатаціїмоделі заміна колекторного моторчика - це часте і звичайне явище.
Безколекторні двигуни
(brushless, безщіткові) - дорожче, але здатні розвинути велику швидкість, і навіть більш зносостійкі. Модель, обладнана сучасною безколекторною системою, їздить і швидше, і довше. 
Висока ефективність (коефіцієнт корисної дії) та зносостійкість досягається завдяки відсутності щітково-колекторного вузла. Безколекторні мотори більш потужні, ніж колекторні мотори того ж розміру. Головною зовнішньою відмінністю безколекторного двигуна від колекторного є наявність у нього трьох дротів замість двох. У безколекторного двигуна рухомою частиною є якраз статор (корпус) із постійними магнітами, а нерухомою частиною – ротор із трифазною обмоткою. Перемикання обмоток відбувається за рахунок відносно складної електронної схеми- Регулятора.
Безколекторний двигун приводиться у обертання трифазним змінним струмомтому для їх роботи необхідний спеціальний контролер швидкості (регулятор), що перетворює постійний струм від акумулятора на змінний. Як безколекторний двигун, так і регулятор для безколекторного двигуна має складнішу конструкцію, внаслідок чого вартість зростає.
Двигуни, що використовуються в моделях, мають закритий корпус, що робить їх стійкими до вологи, пилу, бруду. Можна сміливо сказати, що безколекторні мотори мало зношуються. Зношуватися можуть лише підшипники. Єдина можливість розбити мотор – у зіткненні. Ще можна спалити контролер - як і будь-який регулятор, але за наявності в контролері захисту струму він теж прослужить довго.
Значення характеристик двигуна для радіокерованих моделей
.Крім поділу на колекторні та безколекторні, двигуни діляться за такими значущими характеристиками: потужності, КV, напрузі, максимальному струму.
За розмірами. Для колекторного двигуна - ця характеристика називається клас, де цифрою, наприклад, 280, 300,400, 480, 500, 600, 650, 700, 720, 820, 900, позначається довжина корпусу двигуна. Існує набір класів.
Приклад: клас двигуна визначається його довжиною - якщо ми говоримо про двигун 400-го класу, то йдеться про двигун з довжиною корпусу 400мм.У безколекторних двигунів важливою характеристикою є його розмір - довжина і ширина. Відмінності у розмірах дає уявлення про потужність безколекторного електродвигуна. Чим більше розмір- Тим вище потужність.
Приклад: Двигун 4274 означає:
діаметр – 42 мм,
довжина – 74 мм.
Наприклад, двигун з такими розмірами один із найпотужніших, він підійде на автомодель масштабу 1:8.
Потужністьдвигуна (power, watt) – визначає роботу, яку двигун може виконати в одиницю часу. Сама важлива характеристикадвигуна. Знаючи потужність, можна визначити максимальне навантаженняяку може витримати двигун за формулою.
Потужність (Ват) = Напруга живлення (Вольт) * Сила струму (Ампер).
Знаючи потужність, можна підібрати акумулятор і регулятор за максимальною силою струму, що отримується з формули.
Обороти, об/В (KV, RPM) - обороти на вольт.
Важливий параметр вказує швидкість обертання двигуна. Оберти за хвилину визначаються кількістю обертань за хвилину, простіше кажучи як швидко обертається мотор. Швидкість обертання ротора, що вимірюється в KV. Так прийнято позначати коефіцієнт відношення частоти обертання оборотів двигуна (про/хв) до напруги живлення двигуна (В). Грубо кажучи kV показує, наскільки швидко будуть обертатися різні моторипри однаковій напрузі.
Максимальні обороти = KV * Напруга живлення двигуна.
Наприклад: мотор потужністю 980 KV, на який подаються 11.1V від батарейки, буде обертатися при 980 x 11.1 = 10878 обертів на хвилину без навантаження.
Покази струму можуть представляти максимальний безперервний струм та граничні значення струму, який може подаватися на двигун. Вибираючи акумулятор і регулятор, вибирайте ті, на яких вказано значення максимального безперервного струму, що дорівнює і більше, ніж значення струму на моторі.
Для різних моделей, різних використовуваних шестерень і пропелерів необхідний kV мотора підбирається та обчислюється індивідуально. За цим параметром можна підібрати застосування двигуна, акумулятор та пропелер. Так мотори з KV більше 2000, як правило, застосовують на вертольотах або на швидкісних моделях. Мотор із високим KV можна використовувати з батарей із меншої кількості банок і він більш ефективний із пропелером із меншим кроком. Мотори цього класу частіше використовують на крилах, що літають. Мотори з меншим KV дозволяють ставити акумулятори з великою кількістю банок, таким чином дещо набираючи вагу, але збільшуючи тривалість польоту – не за рахунок ємності, а за рахунок зниження максимальних струмів при тій же роботі, яку виконує мотор. Чим вище KV моторів, тим компактнішими повинні бути гвинти. Гвинти не великого розмірузабезпечують більше високу швидкістьале знижують ефективність. Конфігурацію з гвинтами великого розміру і, відповідно, мотори з нижчим значенням KV простіше змусити стабільно літати, вона витрачає менше енергії, дозволяє підняти більшу масу.
KV - значна характеристика для безколекторних моторів. У колекторних двигунів зазвичай на KV не дивляться. Якщо модельіст вирішив замінити колекторний мотор, то зазвичай змінює на такий самий.
Напругахарчування, В (cell count, volts)
Напруга, до якої пристосований двигун. Визначає кількість банок акумулятора, які можна використовувати з мотоустановкою. При перевищенні різко зменшується життя мотора.
Наприклад, є мотори з робочою напругою 4,8 вольта, 6 вольт, і 7,2 вольта. Ці цифри вказують, з якою кількістю банок батареї призначений працювати цей двигун. Напруга на одному банку NiMH (нікель-металгідридному) акумулятора становить 1,2 вольта - мотор з робочою напругою 4,8 вольт призначений для роботи від 4-х баночного акумулятора. Ці цифри орієнтовні, мотори здатні працювати і при підвищених напругах.
Напруга та KV пов'язані.
Сила струму, яку здатний без ушкодження витримати двигун та регулятор. Максимальний струмтим більше, чим більші фізичні розміри безколекторного двигуна., А (current load, continuous current)
Кількість ампер тривало і без перевантаження пропускається мотором при номінальній напрузі. Дозволяє порахувати, скільки часу прослужить акумулятор із цим мотором.
Максимальна ефективність% (max efficiency)
ККД - та кількість енергії, яку мотор переводить безпосередньо в корисну роботу. Чим вище – тим краще.
За конструкцією безколекторні мотори поділяються на дві групи: inrunner та outrunner. Ця характеристика говорить про конструктивної особливостідвигуна.
Двигуни Inrunnerмають розташовані по внутрішній поверхні корпусу обмотки, і магнітний ротор, що обертається всередині. Більшості радіокерованих моделей - машин і човнів потрібні безколекторний двигун Inrunner.
Двигуни Outrunnerмають нерухомі обмотки, всередині двигуна, навколо яких обертається корпус із поміщеними на його внутрішню стінку постійними магнітами, тобто в аутраннерах обертається зовнішня частина двигуна. Аутранери вибирають для авіамоделей, тому що вони через свою конструкцію краще охолоджуються і у них більше варіацій, як їх можна прикріпити. Мотори Outrunner мають менші значення в Кіловольтах, що означає, що вони рухаються з меншою швидкістю, але з великим крутним моментом. Зазвичай потужність Аутранерів не визначають за зовнішнім габаритам. Аутраннери завдяки своїй конструкції дозволяють використовувати більшу кількість магнітних полюсів.
Кількість полюсів магнітів, що використовуються в безколекторних двигунах, може бути різним.
За кількістю полюсів можна судити про момент, що крутить, і обороти і двигуна. Двигуни з двополюсними роторами мають найбільшу швидкістьобертання при найменшому моменті, що крутить. Мотори з великою кількістю полюсів мають меншу швидкість обертання, зате більший крутний момент.
Також безколекторні двигуни бувають сенсорні та безсенсорні.
Сенсорнікраще, оскільки сенсор забезпечує більш плавну роботу двигуна, швидкий і плавний старт, раціональніше використання енергії.
Напевно, у кожного новачка, який уперше пов'язав своє життя з електромоделями на радіокеруванні, після ретельного вивчення начинки, постає питання. Що таке колекторний та ? Який із них краще поставити на свою радіокеровану електромодель?
Колекторні мотори, які так часто використовуються для приведення в рух електромоделей на радіокеруванні, мають всього два вихідні дроти живлення. Один із них «+» інший «-». У свою чергу, вони підключаються до регулятора швидкості обертання. Розібравши колекторний мотор, ви завжди там знайдете 2 магніти зігнутої форми, вал спільно з якорем, на який намотана мідна нитка (дрот), де по один бік валу стоїть шестерня, а по інший бік розташовується колектор, зібраний із пластин, у складі яких чиста мідь.
Принцип роботи колекторного двигуна
Електричний струм (DC або direct current), надходячи на обмотки якоря (залежно від їх кількості на кожну по черзі) створює електромагнітне поле, яке з одного боку має південний полюс, а з іншого боку північний.
Багато хто знає, що, якщо взяти два будь-які магніти і приставити їх однойменними полюсамиодин одному, то вони ні за що не зійдуться, а якщо приставити різноіменними, то вони прилипнуть так, що не завжди можна їх роз'єднати.
Так ось, це електромагнітне поле, яке виникає в будь-якій з обмоток якоря, взаємодіючи з кожним з полюсів статора магнітів, приводить в дію (обертання) сам якір. Далі струм через колектор і щітки переходить до наступної обмотки і так послідовно, переходячи від однієї обмотки якоря до іншої, вал електродвигуна спільно з якорем обертається, але тільки до тих пір, поки до нього подається напруга.
У стандартному колекторному моторі якір має три полюси (три обмотки) – це зроблено для того, щоб двигун не «залипав» в одному положенні.
Мінуси колекторних двигунів
Самі по собі колекторні мотори непогано справляються зі своєю роботою, але це лише до того моменту, поки не виникає необхідність отримати від них на виході максимально високі обороти. Вся справа в тих щітках, про які згадувалося вище. Так як вони завжди перебувають у щільному контакті з колектором, то в результаті високих оборотівв місці їхнього дотику виникає тертя, яке надалі викличе швидке зношування обох і згодом призведе до втрати ефективної потужності ел. двигуна. Це найвагоміший мінус таких моторів, який зводить нанівець усі його позитивні якості.
Принцип роботи безколекторного двигуна
Тут все навпаки, у моторів типу відсутні як щітки, так і колектор. Магніти в них розташовуються строго навколо валу та виконують функцію ротора. Обмотки, які мають кілька магнітних полюсів, розміщуються навколо нього. На роторі безколлектоних моторів встановлюється так званий сенсор (датчик), який контролюватиме його положення і передаватиме цю інформацію процесору, який працює в поєднанні з регулятором швидкості обертання (обмін даними про положення ротора відбувається більше 100 разів на секунду). На виході ми отримуємо більш плавну роботу самого двигуна з максимальною віддачею.
Безколекторні двигуни можуть бути з датчиком (сенсором) і без нього. Відсутність датчика трохи знижує ефективність роботи двигуна, тому їх відсутність навряд чи засмутить новачка, зате приємно здивує цінник. Відрізнити один від одного їх просто. У моторів з датчиком, окрім 3-х товстих проводів живлення є ще додатковий шлейф із тонких, які йдуть до регулятора швидкості. Не варто гнатися за моторами з датчиком як новачкові так і любителю, тому їх потенціал оцінить тільки профі, а інші просто переплатять, причому значно.
Плюси безколекторних двигунів
Майже немає деталей, що зношуються. Чому «майже», тому що вал ротора встановлюється на підшипники, які, у свою чергу, мають властивість зношуватися, але ресурс у них вкрай великий, та й взаємозамінність їх дуже проста. Такі мотори дуже надійні та ефективні. Встановлюється датчик контролю положення ротора. На колекторних моторах робота щіток завжди супроводжується іскрінням, що згодом викликає перешкоди у роботі радіоапаратури. Так ось у безколекторних, як ви вже зрозуміли, ці проблеми виключені. Немає тертя, немає перегріву, що так само є суттєвою перевагою. Порівняно з колекторними моторамине вимагають додаткового обслуговуванняу процесі експлуатації.
Мінуси безколекторних двигунів
У таких двигунів мінус тільки один, це ціна. Але якщо подивитися на це з іншого боку, і врахувати той факт, що експлуатація звільняє власника відразу від таких проблем як заміна пружин, якоря, щіток, колекторів, то ви з легкістю віддасте перевагу на користь останніх.
