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多軸無人機動力系統簡析

2017-06-13
關鍵詞: 無人機 動力系統

  多軸的動力系統,細細的說是由電機,動力線路,電調,電機,槳組成。 電池,早前大家都在做DIY設備的時候很多人在因為搭配什么樣的動力而苦惱,折騰好大一圈,用過很多機器之后才猛然發現,小電機帶小槳,載重小,決定了電池小,結果續航時間一般比較短,大電機帶大槳,可以大載重,電池大了續航長了些。仔細數一數,精靈一,精靈fc40,精靈二,精靈v,精靈v+,精靈3a/p,精靈3s。 動力,很多人都以為只是說電機,那就從電機開始說,首先,都是無刷電機,相比有刷電機,有使用壽命長,轉速易控制,噪音小,扭矩大等特點,一般多軸呢都是選用外轉子無刷電機,簡單來說線圈的固定在底座上的,由底座靠兩個滾珠軸承來固定一根光棒軸承,軸承下部由卡簧固定,上部固定在外轉子上,外轉子上一般是粘有永磁體,并且n/s極相間隔安裝,為此,我特地“解剖”一臺雙天7015(2系電機太小了,拆開就變形了),一般電機的標注為abcd,對于動力電機,ab是指內轉子(線圈)的直徑,cd指的是內轉子高度,對于云臺電機,一般是外轉子的尺寸。

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  電機外轉子動平衡和軸承的選材決定了電機大部分的表面性能,如果這兩個部分出現問題,電機高速轉動會有明顯的異響或者震顫,極容易被察覺。 另外就是一個“有內涵”的的屬性,電機線圈部分,電機的線圈選材“有銅芯的”也有“鋁芯的”因為都是漆包線,基本單純看外觀是沒有差異的,線芯的選材影響電機的內阻,使用壽命,散熱,所以非常重要。 此外線圈的匝數,繞線的股數都直接影響電機的輸出功率。 另外電機有個比較重要的參數即為kv值,kv值的影響因素有很多,如磁鋼的選料,鐵芯的材質,線圈的匝數,在前面兩者固定的情況下,通常匝數越多kv值越小,反之一定范圍內,匝數越少kv值越大,另外就是線圈繞線的股數,決定了電流的通過量,在電壓恒定的條件下,電流越大輸出功率自然也會越大,但不是成決對正比。

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  另外一個概念,也就是權衡電機匝數與股數的一個問題,電機的槽滿率,也有人稱作滿槽率,一般控制在70%-80%之間最佳,太高一般纏不進去,太低會因為震動而松動,影響絕緣,使用壽命變短,另外槽內大量空氣,極其影響散熱(空氣導熱性遠比銅差),如何看電機槽滿率的高低,最直觀的看法就是看線圈有沒有繞滿電機槽,但是也不能被表象所迷惑,因為我們之前很多電機是細線多股繞線,我們的線圈都是漆包線,相比來說有很大一部分體積是沒有用的漆皮或者絕緣膠,影響散熱的同時,效率一般也不高,于是后來市面上開始流行粗線繞線法,相比細線來說提高了實際的槽滿率,粗線定型能力強,不容易松動,延長了使用壽命,另外選用粗線,效率也得到了提升。

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  12n16p的電機驅動示意圖(左邊是電調的原理圖),12n意思是指線圈的槽數,16p是指外轉子磁鋼數,外轉子無刷電機中,p值是一定是大于n值的。好吧,切入正題,直流電電流從+極通入電調從-極流出,t1時刻,電流從l2流入無刷電機的線圈,通過右手螺旋定則,判斷出邊緣部分為n極,此時電流從l3線圈流出,流經l3線圈,此時產生的邊緣磁極是s極,電機順時針方向旋轉,而此時l1是沒有任何電流的,若要改變轉向,如圖所示,只需要任意交換連接三根線其中的兩根線就可以。

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  三角形接法,狀態一:A相電源正向流入,C相電流反向流出,電機線圈內部電流流動方向如圖所示;狀態二:B相電源正向流入,C相電流反向流出,電機線圈內部電流流動方向如圖所示;狀態三:B相電源正向流入,A相電流反向流出,電機線圈內部電流流動方向如圖所示;狀態四:C相電源正向流入,A相電流反向流出,電機線圈內部電流流動方向如圖所示,這樣通電下去,無刷電機的定子線圈就會產生一個旋轉的磁場。

  星型接法,狀態一:電流從A相正向流入,C相電流反向流出;狀態二:電流從B相正向流入,A相電流反向流出 狀態三:電流從B相正向流入,A相電流反向流出。可以看出,驅動電源輸出三根線中的電流每段時間只有兩組線圈通電(數值相等、方向相反),一組是不通電的,通常所說的“兩兩通電”就是這種狀態。


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