Problem motora UAV nije ono što mislite
Većina inženjera koji specificiraju magnete za pogonske motore UAV fokusiraju se na energetski proizvod. Veći BHmax znači veću gustinu protoka, što znači veći KV i veći potisak po gramu težine motora. Ta logika je tačna što se tiče - ali se zaustavlja otprilike na pola puta kroz stvarni problem dizajna.
Dio koji grize timove u testiranju: pogonski motori UAV-a rade na ekstremnim električnim frekvencijama, bez protoka zraka za hlađenje osim onoga što sam propeler generiše, i pod ciklusima opterećenja koji se mogu prebaciti od praznog hoda do punog gasa za manje od 100 milisekundi. N52 bi vam mogao dati najbolju statičku gustinu fluksa, ali ako temperatura magneta dostigne 140 stepeni pri neprekidnom usponu na visokoj temperaturi okoline - što će biti u zatvorenoj gondoli na dan od 40 stepeni - upravo ste stavili termički najosetljiviju klasu u najgore moguće okruženje.
Ispravan odabir magneta za UAV znači razmišljanje o električnoj frekvenciji, temperaturi rotora pod stvarnim opterećenjem leta i kompromisu između gustine fluksa i sile prisile u cijeloj ovojnici leta. Evo kako to riješiti.
1. Električna frekvencija je prvi filter
Pogonski motori UAV sa više rotora obično rade na 1.400–2.200 KV za male okvire (podupirači od 3–7 inča) i 100–400 KV za veće profesionalne platforme. Pri 14S naponu baterije (58,8 V nominalno) i 1,800 KV, motor koji dostiže 80% brzine praznog hoda pod opterećenjem se vrti na otprilike 84,000 RPM. Sa konfiguracijom para od 14 polova - standardno za visoko-KV outrunner dizajne - to je električna frekvencija od 19.600 Hz.
Na toj frekvenciji gubici vrtložnih struja u skali laminacija s kvadratom frekvencije i debljine laminacije. Motor koji koristi silikonski čelik od 0,35 mm na 20 000 Hz će raspršiti otprilike 6 puta više gubitaka jezgre od istog motora sa 0,20 mm laminatom. Ta toplota ide u rotor, a iz rotora u magnete. Izbor laminacije se stoga ne može odvojiti od odluke o stepenu magneta - oba se moraju specificirati zajedno na osnovu ciljne radne frekvencije.
Za motore visokog KV iznad 1000 KV: 0,20 mm silikonski čelik je praktični minimum. Za profesionalne spore motore ispod 200 KV koji rade na nižim električnim frekvencijama, 0,35 mm je prihvatljivo i smanjuje troškove proizvodnje.
2. Termički omotač pod stvarnim opterećenjem leta
Lebdenje na 50% gasa nije tačka toplotnog dizajna. Toplotna tačka dizajna je 30-sekundni kontinuirani uspon punim gasom od toplog starta - scenario koji koncentriše maksimalne gubitke bakra i gvožđa uz minimalno konvektivno hlađenje.
U tipičnom trkačkom motoru od 5 inča (prečnik statora 22 mm, 12N14P konfiguracija), ovaj scenario proizvodi temperature namotaja od 110–135 stepeni i temperature magneta od 85–105 stepeni, merene na spoljnoj površini magneta. Unutrašnjost magneta, vezana za gvožđe rotora, radi 10-15 stepeni toplije. Dakle, efektivna temperatura magneta u najgorem slučaju je 95-120 stepeni.
Na 120 stepeni, N52 magnet - Hcj tipično 955 kA/m - radi sa otprilike 15% smanjenjem koercitivne sile u poređenju sa sobnom temperaturom. Tačka koljena na BH krivulji na toj temperaturi je dovoljno blizu radnoj tački u visokostrujnom motoru da je djelomična demagnetizacija na strujnim skokovima stvarni rizik, a ne teoretski. N52H, sa Hcj oko 1,274 kA/m na 20 stepeni, daje znatno veću marginu na povišenoj temperaturi.
Praktična preporuka: za bilo koji UAV motor gdje se očekuje kontinuirani rad punog gasa - dronovi za isporuku, profesionalne kinematografske platforme, poljoprivredne prskalice - navedite N48H ili N50H umjesto N52 ili N52H. Odustajete od 3-5% nominalne gustine fluksa i dobijate dovoljnu marginu sile prinude za siguran rad na temperaturi magneta od 120 stepeni.
3. Odabir ocjene prema UAV aplikaciji
| Aplikacija | Tipični KV opseg | Maks. Magnet Temp | Preporučena ocjena | Reasoning |
|---|---|---|---|---|
| FPV Racing (3–5 inča) | 2.000–2.800 KV | 100–130 stepeni | N48H | Kratki rafali, dobra konvekcija iz otvorenog okvira; H sufiks daje termičku marginu bez žrtvovanja previše fluksa |
| FPV Racing (5–7 inča) | 1.200–2.000 KV | 90–120 stepeni | N50H | Veća zapremina motora poboljšava disipaciju toplote; N50H dobro pogađa ravnotežu fluksa/koercitivnosti |
| Slobodni / kinematografski (5–7 inča) | 1.700–2.400 KV | 85–115 stepeni | N48H–N50H | Slično trkama, ali sa dužim trajnim dionicama; H sufiks važan |
| Profesionalni bioskop (10–15 inča) | 100–400 KV | 70–100 stepeni | N45H–N48H | Niža električna frekvencija smanjuje gubitak jezgre; niži KV znači nižu vršnu struju; N45H često dovoljan |
| Dostava / Logistika UAV | 150–600 KV | 100-130 stepeni (gondol) | N45SH–N48SH | Zatvorena gondola eliminira konvektivno hlađenje; SH sufiks bitan za kontinuirano penjanje pri visokom ambijentu |
| Poljoprivredna prskalica | 80–200 KV | 90–120 stepeni | N42SH–N45SH | Dugo trajanje leta pri djelomičnom gasu u okruženjima sa visokim ambijentalnim opterećenjem; dati prioritet Hcj nad BHmax |
4. Lučni segment u odnosu na magnet za pločice za Outrunner rotore
Outrunner UAV motori - gdje je rotor vanjski omotač, a stator je fiksiran - koriste magnete za površinsku montažu pričvršćene za unutarnju stranu limenke rotora. Dostupna su dva izbora geometrije: segmenti luka zakrivljeni da odgovaraju radijusu rotora i ravne pločice.
Ravne pločice su jeftinije za proizvodnju i lakše ih je nabaviti. Problem je u tome što ravna pločica na zakrivljenom rotoru stvara promjenjivi zračni zazor: maksimum na rubovima pločice, minimum u sredini pločice. Kod motora promjera statora od 22 mm, ova varijacija je dovoljno mala da se zanemari. U statoru od 40 mm ili većem - tipičnom za profesionalne platforme - varijacija zračnog raspora od ravnih pločica proizvodi mjerljivo talasanje momenta na frekvenciji prolaska polova.
Za motore većeg od 35 mm prečnika statora, segmenti luka usklađeni sa krivinom rotora proizvode ujednačen vazdušni zazor i smanjuju talasanje obrtnog momenta za 40–60% u poređenju sa ravnim pločicama ekvivalentnog kvaliteta. Premija troškova je tipično 15–25% u odnosu na ravne pločice pri obima proizvodnje, što brzo nestaje kada se uzme u obzir ušteda na izolaciji vibracija u kardanu kamere ili smanjeni strukturalni zamor u okviru aviona.
5. Margina ljepila i montaže
Koeficijent termičke ekspanzije NdFeB (približno 5–7 × 10⁻⁶/stepen) razlikuje se od koeficijenta aluminijskih rotorskih konzervi (23 × 10⁻⁶/stepen) za otprilike 3-4×. Preko temperaturnog kolebanja od 100 stepeni, segment luka od 15 mm na aluminijumskom rotoru prečnika 40 mm će videti diferencijalno širenje od približno 0,027 mm na liniji veze.
Standardna dvokomponentna epoksidna ljepila s tvrdoćom po Shore D iznad 80 popucat će pod ovim ciklusom ako je debljina veze manja od 0,08 mm. Ispravan pristup je fleksibilni epoksid sa Shore D u opsegu 60–75 i kontrolisanom linijom vezivanja od 0,10–0,15 mm. Dobavljač magneta bi trebao biti u mogućnosti da potvrdi kompatibilnost ljepila s materijalom rotora i opsegom radne temperature - ako ne može, to je informacija koju vrijedi imati prije nego što prva serija motora krene u testiranje na terenu.
6. Šta pitati svog dobavljača magneta
- ☐ BH krive na 20 stepeni , 80 stepeni i 120 stepeni od proizvodnog materijala - tipične vrednosti za tablicu nisu dovoljne
- ☐ Ujednačenost gustine protoka kroz proizvodnu seriju: ±2% je moguće postići; ±5% je prihvatljivo; iznad toga stvara varijacije po motoru koje zahtijevaju individualnu kalibraciju
- ☐ Tolerancija radijusa segmenta luka: ±0,05 mm je standardno; zatražite ±0,03 mm ako je vaš nominalni zračni zazor ispod 0,35 mm
- ☐ Preporuka ljepila za materijal vašeg rotora i radnu temperaturu
- ☐ Rezultati ispitivanja slanom sprejom ako će motor raditi u vlažnim ili obalnim okruženjima (minimalni premaz cinka; razmislite o epoksidnom premazu za pomorsku primjenu)
- ☐ Minimalna količina narudžbe za prilagođene segmente luka - većina dobavljača zahtijeva 500–2000 komada za prilagođenu geometriju; u skladu s tim planirajte svoje inženjerske količine uzoraka
HIMAGNET isporučuje lučne segmente i magnete za pločice za UAV motore od malih serijskih inženjerskih uzoraka kroz obim proizvodnje. Za podršku odabira razreda specifičnu za vaš dizajn motora,kontaktirajte naš inženjerski timsa vašim KV, brojem polova, procjenom radne temperature i geometrijom rotora.
