Bürstenbehafteter FPV-Drohnenmotor

Das Funktionsprinzip eines bürstenbehafteten Motors ist dem eines bürstenlosen FPV-Drohnenmotors diametral entgegengesetzt. Bei einem bürstenbehafteten Motor erzeugt der Stator ein permanentes Magnetfeld, das den Rotor umschließt. Der Rotor, der als Elektromagnet fungiert, unterliegt dem Einfluss des umgebenden Stators. Ein Paar Bürsten, die an eine Gleichstromquelle angeschlossen sind, stellen Kontakt mit dem Kommutatorring her, der sich an der Basis des Rotors befindet. Der Kommutatorring, der segmentiert ist, erleichtert die periodische Umpolung des Stroms, der durch den Rotor fließt, während dieser sich dreht, aufgrund der wechselnden Polarität des Kommutators. Die Oszillation der Polarität des Kommutatorrings gewährleistet eine kontinuierliche Rotation des Rotors.

Dieser gesamte Mechanismus ist in einem Motorgehäuse untergebracht, das einen überlegenen Schutz für die empfindlichen internen Komponenten bietet. Allerdings ist die Effizienz des Systems aufgrund der erhöhten thermischen Isolierung der internen Mechanik etwas gemindert. Es ist möglich, die Drehrichtung des Motors durch Umpolung der Gleichstromversorgung umzukehren. Aufgrund des Kontakts der Bürsten mit dem Kommutator ist die Lebensdauer eines bürstenbehafteten Motors im Vergleich zu der eines bürstenlosen Motors deutlich kürzer. In Bezug auf die Anwendung ist ein bürstenbehafteter Motor besser für Mikro-Multicopter geeignet, wo seine geringe Größe, sein geringes Gewicht und sein einfacher Antriebsmechanismus seine Eignung für Mikro-FPV-Flugoperationen verbessern.

Bürstenloser FPV-Drohnenmotor

Getreu seinem Namen ist ein bürstenloser FPV-Drohnenmotor bürstenlos. Der bürstenlose Motor kann logisch in zwei unterschiedliche Komponenten unterteilt werden; den Rotor und den Stator. Der Stator dient als zentrale Einheit, in die der Rotor befestigt ist. Der Stator besteht aus einem Netzwerk radialer Elektromagnete, die sequentiell aktiviert und deaktiviert werden, um ein transientes Magnetfeld zu erzeugen, wenn ein elektrischer Strom an die Wicklungen angelegt wird. Der Rotor beherbergt eine Reihe von Permanentmagneten, die sich in unmittelbarer Nähe zu den semipermanenten Stator-Elektromagneten befinden. Die Anziehungs- und Abstoßungskräfte zwischen den Stator- und Rotormagneten werden in Rotationsenergie umgewandelt. Beim Zusammenbau wird die Rotorwelle in ein Paar Kugellager eingesetzt, die sich im Stator befinden, um eine lineare und reibungslose Rotation des Rotors zu gewährleisten.

Obwohl der bürstenlose Motor mit Gleichstrom betrieben wird, kann er nicht direkt betrieben werden. Stattdessen wird der bürstenlose Motor an eine Steuerelektronik angeschlossen, wodurch die Notwendigkeit von Bürsten oder einem Kommutator entfällt. Die Langlebigkeit des bürstenlosen Motors ist aufgrund des Fehlens eines physischen Kontakts zwischen Rotor und Stator außergewöhnlich. Darüber hinaus weist der bürstenlose Motor eine höhere Effizienz im Vergleich zum bürstenbehafteten Motor auf. Der bürstenlose Motor wird häufig in Mini- und ausgewählten Mikro-Multicopter-Anwendungen eingesetzt, bei denen Wert auf hohe Leistung und Effizienz gelegt wird.

Motorgröße und -identifikation

Die Abmessungen eines bürstenlosen Motors werden durch einen vierstelligen Code angegeben, der die Maße des Stators in Millimetern angibt, zum Beispiel: 2206. Die ersten beiden Ziffern in der Sequenz geben den Durchmesser des Stators an, in diesem Fall 22 mm. Die nachfolgenden beiden Ziffern repräsentieren die Höhe des Stators, wobei „06“ angibt, dass die Stator-Einheit 6 mm hoch ist. Es ist wichtig zu beachten, dass diese Zahlen nicht die äußeren Abmessungen des bürstenlosen Motors selbst beschreiben.

Die Größe eines bürstenbehafteten Motors kann durch ein einfacheres zweistelliges Zahlensystem identifiziert werden, das den Durchmesser und die Höhe des äußeren Gehäuses in Millimetern klar definiert. Beispiel: 6×15, die erste Zahl „6“ ist ein Maß für den Durchmesser des Gehäuses und „15“ die Höhe des Gehäuses.

Befestigungsmuster und Gewindegröße

Befestigungsmuster und Gewindegröße hängen von der Art des Motors und seiner Anwendung ab. Das Befestigungsmuster definiert die Position der Gewindebohrungen an der Motorbasis. Jede Zahl beschreibt den Durchmesser eines Kreises, dessen Mittelpunkt in der Mitte der Motorwelle liegt. Normalerweise sind vier Löcher entlang des Umfangs des Kreises platziert; wenn zwei Zahlen angegeben sind, befinden sich zwei Löcher auf jedem Kreis. Zum Beispiel hat ein 2205 mit einem 16×19-Abstand vier Gewindebohrungen der Größe M3, die gleichmäßig auf dem Umfang des 16-mm-Kreises und des 19-mm-Kreises verteilt sind. Die Abmessungen der Gewindewelle werden durch eine ISO-Schraubengewindenorm angegeben, die den Außendurchmesser der Welle beschreibt.

220X – 240X

Meist wird ein 16x19mm Befestigungsmuster verwendet, wobei 16×16 jedoch immer häufiger wird. Die Gewindebohrungen sind M3. Der Gewindewellendurchmesser ist üblicherweise M5.

180X

Üblicherweise ein 16×12 Befestigungsmuster, Gewindebohrungen sind M2 und M5 Gewindewellendurchmesser ist typisch.

130X – 140X

Üblicherweise 12×12, die Gewindebohrungen sind M2 und eine M5 Gewindewelle ist typisch.

110X

Oft 9×9, Gewindebohrungen werden typischerweise als M2 gemessen. Die Welle ist nicht gewindebehaftet und misst üblicherweise 1,5 mm im Durchmesser. Motoren dieser Größenklasse haben auch einen zusätzlichen Satz Löcher an der Oberseite der Motorglocke. Der Lochabstand beträgt 5 mm und jedes Loch hat einen Durchmesser von 2 mm. Der Zweck dieser Löcher ist die sichere Befestigung des Propellers, da keine Kontermutter vorhanden ist.

Warum fliegt die Glocke nicht weg?

Wie bereits erwähnt, besteht der Rotor eines bürstenlosen FPV-Drohnenmotors aus einer kreisförmigen Anordnung von Magneten und einer zentralen Welle. Wenn der Motor zusammengebaut wird, ragt die Welle aus der Motorbasis heraus. Dort wird sie entweder durch einen Sicherungsring oder fest verschraubt befestigt. Sicherungsringe werden am häufigsten verwendet, jedoch werden Schrauben immer beliebter. Obwohl der Sicherungsring die primäre Wahl war, kann die Wartung aufgrund der Schwierigkeit der Entfernung frustrierend sein. Der Sicherungsring ist zerbrechlich und winzig klein, wodurch er leicht brechen oder verloren gehen kann.

Die Geschwindigkeitskonstante – Wie schnell ein Motor dreht

 

kV=U/min pro 1 Volt

k = Die kV-Leistung des Motors, z. B. 2300

V = Eingangsspannung, z. B. 16,8 V

Beispiel: 2300 (kV-Leistung) x 16,8 (Spannung) = 38.640 (Umdrehungen pro Minute)

 

Die Geschwindigkeitskonstante (kV) bestimmt, wie viele Umdrehungen ein Motor innerhalb einer Minute ohne Last (ohne Propeller) und bei einem konstanten Strom von 1 Volt machen kann. Vereinfacht ausgedrückt ist kV ein Maß dafür, wie schnell sich der Motor potenziell drehen kann. Die kV eines Motors wird durch die Stärke des Magnetfelds am Stator und die Anzahl der Windungen in den Wicklungen definiert. Ein Motor mit einer niedrigeren kV eignet sich am besten zum effizienten Antreiben schwerer Propeller. Ein Motor mit hoher kV ist für leichte Propeller optimiert.

Schub

Schub ist einer der wichtigsten Faktoren bei der Motorwahl. Die Schubkraft eines Motors wird üblicherweise in Gramm gemessen und variiert je nach Drehzahl des Motors und dem Propeller, den er antreibt. Bevor ein Multicopter beschleunigen kann, ist eine bestimmte Schubkraft erforderlich, um den Luftwiderstand sowie die Schwerkraft zu überwinden.

Gewicht und FPV-Drohnenmotor-Momentum

Bei der Motorauswahl geht es nicht nur um Schubzahlen. Auch das Gewicht des Motors sollte berücksichtigt werden, da es einen erheblichen Einfluss auf die Flugeigenschaften des Multicopters hat. Aufgrund des Trägheitsmoments widersteht ein schwererer Motor Beschleunigungsänderungen mehr als ein leichterer Motor. Das Hauptproblem eines schweren Multicopter-Motors, der Beschleunigungswiderstand leistet, ist, dass er in der Luft ungenaue Flugeigenschaften und eine schlechte Reaktionsfähigkeit aufweist. Wenn Manövrierfähigkeit Priorität hat, ist ein leichter Motor eine vorbildliche Wahl. Andererseits, wenn maximale Geschwindigkeit unerlässlich ist, können größere Motoren die erforderlichen höheren Schubzahlen liefern.

Reaktionszeit des FPV-Drohnenmotors

Drehmoment ist ein Maß dafür, wie schnell ein Motor eine bestimmte Drehzahl erreichen kann, was die Reaktionsfähigkeit eines Motors direkt beeinflusst. Drehmoment ermöglicht einem Multicopter schnelle Manöver wie Flips und Rolls und verbessert zusätzlich die Präzision dieser Bewegungen. Die Höhe des Drehmoments, das ein Motor liefern kann, beeinflusst auch die Propellerwahl. Schwere Propeller erfordern mehr Drehmoment zum Beschleunigen als leichtere Propeller. Das beste Maß für das Motordrehmoment sind die Abmessungen des Stators. Größere Statoren sind tendenziell in der Lage, ein größeres Drehmoment zu erzeugen. Allerdings erhöht ein größerer Stator das Gesamtgewicht des Motors.

Effizienz des FPV-Drohnenmotors

Die Motoreffizienz ist ein Balanceakt, der ein Gleichgewicht zwischen der in den Motor eintretenden elektrischen Leistung und der vom Motor beim Drehen erzeugten mechanischen Leistung erfordert. Die Bedeutung der Motoreffizienz variiert je nach Situation. Wenn hohe Geschwindigkeit Priorität hat, werden kurze Flugzeiten oft als akzeptabel angesehen; FPV-Quadcopter-Rennen können nur zwei Minuten dauern! Im Gegenteil, Langstrecken-FPV-Multicopter erfordern maximale Effizienz, um längere Flugzeiten zu erreichen und die zurücklegbare Strecke zu erhöhen.

Fazit

Motoren sind wohl das einflussreichste Ausrüstungsteil eines Multicopters und haben im Vergleich zu anderen Komponenten einen erheblichen Einfluss auf die Flugeigenschaften. Es ist unerlässlich, dass Motoren sorgfältig und mit ausreichender Eignung für ihre Anwendung ausgewählt werden.