就如汽车的马达一样,四轴暴不暴力,全靠电机体现。
电机的选择相对来说复杂一些,我尽量用最简单的方式把这个事情讲清楚。计划分成三篇文章来描述,这篇主要讲讲跟电机选择直接相关的一些参数,而剩下的主要讲讲影响电机性能的一些其他因素。
飞机重量
选择电机前首先要了解你将要搭建的飞机的总重量,不然电机选的太小根本没法把飞机给拉起来。这些重量包括将要装在飞机上的所有组件:机架、飞控、分压板、接收器、摄像头、图传、天线、马达、浆、电调、电池等。
在搭建之前要很精确的知道飞机的总重量是不容易的,但是最起码可以大致评估一下,然后在这个评估值上外加10%-20%,作为接线和蜂鸣器等其他小零件的重量。
一旦知道飞机的总重量后就可以预估马达和浆所需要产生的总推力了。
一个基本原则就是马达和浆能产生的最大推力至少两倍于飞机的重量。但是这个两倍力只是能够保证飞机在悬停时候可以被正常控制的前期,如果提升力太小,飞机根本没法很好的响应你的控制命令,甚至根本就无法起飞。
在竞赛的时候为了飞机的响应更新迅速,这个比例就需要更大些,想10倍或者甚至13倍飞机本身重量的推力也是很常见的。一般来说,竞技飞行的话至少要有5倍飞机重量的提升力。
如果只是用于航拍这种平稳飞行,也建议配置3倍到4倍飞机总重的提升力。这不仅有利于更好的飞行,同时也为以后增加额外配件留出扩展空间。
马达尺寸
穿越机的无刷马达一般以四位数字AABB这种方式来标称,其中AA是定子的宽度,而BB是定子的高度,单位都是毫米。
增加定子的宽度或者增加定子的高度都能增加电机永磁体和电机绕线组的体积。主要区别是增加定子高度,永磁体的增加量要比电机绕线组的增加量多;而增加定子宽度,电机绕线组体积要比永磁体增加的多。所以一般来说,定子越宽,则定子上可以填充的铁片和铜线的容量就越大,能够产生更大的扭矩和更好的电机效率;而定子越高,则磁接触面就越大,因此可以切割更多的磁场,所以在高转速的时候也可以保证磁场作用量,从而保证高转速时的动力。

螺旋桨尺的寸决定了螺旋桨轴的尺寸。3”、4”、5”和6”的螺旋浆对应的浆轴均为M5 (5mm直径)。现代电机都是讲螺旋桨轴集成到电机轴上去的,而老一代电机可能需要有单独的浆轴适配器。
5寸浆的电机一般有如下搭配:2204, 2205, 2206, 2207, 2305, 2306, 2307, 2407。
KV值
KV值是无刷电机的另外一个重要指标,它表示每增加1v电压转速的增加量。比如用一个3S的锂电池(12.6V)去驱动一款2300KV的电机,电机不带浆的转速大概是2300*12.6=28980 RPM。不过这只是制造商的一个大概评估值并不是很精确。
一般来说大浆需要配低KV值的电机而小浆可以配高KV值的电机。大四轴配低KV值电机,小四轴配高KV值电机。
因为一旦浆被按在电机上,转速就会由于空气阻力而降下来。如果将大浆安装在高KV值的电机上的话,高KV值的电机会试着转的更快但又没有足够的扭矩,所以只能不断的增加电流,来增加扭矩。而更大的电流导致更多的发热,而过热以后就会融化线圈上的绝缘涂层而导致短路,从而烧毁电机。
而KV值主要是由绕线组线圈的圈数决定的:线圈数越多,KV值就越低;线圈数越少,KV就越高。永磁铁的磁力也会对KV有影响,磁力越大,KV值就越大。
扭矩
有些人会直观的认为KV越低,扭矩就越大。其实KV对扭矩是没有直接影响的。KV只影响到电机的电流和电压。正如前面所说,KV越大,电流会增加。但是电机的线圈数少了,线圈阻值就低了,同样的电流就可以少给点电压了,电压太大的话就容易吧电机烧掉。仅此而已。
而扭矩主要受下面因素影响:
- 定子的尺寸:尺寸越大,扭矩越强
- 材料:永磁体的强度、线圈的质量
- 电机结构:比如定子和转子间的间隙、磁极的数量
在所有条件相同的情况下,两个相同的电机理论上应该具有相同的扭矩,即使其中一个电机具有不同的KV。更低的KV只意味着你需要更高的电压才能达到相同的RPM。但是在实际使用时人们感受到低KV电机具有更大扭矩的原因可能是高KV电机的电压下降更严重吧。
高的扭矩意味着更迅速的RPM变化以及更快的响应时间,更少的震荡抖动,给人更锋利的感觉。而低转矩电机通常会让人感觉更平滑、更柔软。选择取决于你的飞行风格和个人喜好,更高的扭矩并不总是更好。
安装规格
就像之前聊机架聊到的,机架和电机尺寸不匹配是一件比较蛋疼的事情。所以一定要核对下电机的安装规格是否跟机架能匹配上。一般情况下,22xx、23xx、24xx的电机都是16X16mm和16X19的孔距,大部分的5寸机架都是支持这些的。

N和P的数量
电机的说明说上可能会印有“12N14P” 这样的字眼。N前面的数字12表示定子(绕线组)中磁极的数量,而P前面的数字14表示转子中永磁体片的数量。

不同的电机拥有不同的定子磁极数,想22xx和23xx这样的电机一般有12个定子磁极和14个转子永磁片。定子磁极数量决定了磁极之间的间距,如果数量越少,间距越大,那么单个磁极就可以做的较大拥有更多的铁芯,这样电机的力就会更大。而定子磁极数越多,磁场就会分布的更均匀,这种电机运行起来就会更平稳,而电调对于电机的控制也能更加精准。总结一下,磁极数越少,动力越大;磁极数越多,越平滑。
定子的磁极数必须是3的倍数,比如9、12、15、18等。因为无刷电机一般都是三相电机,有三根线接入到马达里面。所以,对于相对固定尺寸的电机来说,要改变磁极的数量并非易事。在选择电机的时候其实没必要过多的考虑这个参数,但是了解一下也是非常有意义的。
绕线
定子磁极上的铜线匝数决定了电机需要的最大电流,而铜线的粗细则决定了电机能处理多大电流而不至于烧掉。
绕线匝数越少,电机内阻就越小,而KV值就越高,其缺点是定子上的电磁场减小,从而转矩降低。当线圈的匝数增加时,情况正好相反,匝数的增加在定子磁极上产生更大的磁场,产生更多的转矩。但由于导线较长,电阻较高,电机的KV减小。
为了解决这些问题,在给迷你四轴的电机增加功率的时候,制造商往往选择增加绕线组磁极的数量,同时使用更粗的铜线。这样可以有效降低绕组的电阻,在不牺牲效率和扭矩的情况下提高功率,电机也将能够处理大电流而不至于烧毁。然而,使用更粗的电线和更多的绕线组意味着绕线组占用更大的物理空间,所以它需要一个更大的定子。这就是为什么我们看到越来越多更大更重的电机,这也是为什么更大更重的电机通常动力更强大。
铜线的种类也有些讲究,有单芯粗铜线的也有多芯细铜线的。单根粗铜线能处理的电流更大,但是绕线的缝隙也会更大,浪费空间。而多芯铜线能处理的电流小些,但相对来说就可以绕的更紧凑些,这样提供的电磁场也会大很多。一般情况下多芯铜线表现的性能要好于单芯铜线。
马达选择
说了半天,可能很多人依旧对具体如何选择马达没有概念,一般对马达的选择限制最大的是浆的尺寸,而浆的尺寸又受机架尺寸的限制。所以就有了以下序列:机架尺寸=》浆规格=》电机规格。
不同的浆的规格需要不同的马达转速来提供最有效的提升力,这时候KV值就具有参考意义了。而电机必须提供足够的扭矩来带动所用的浆正常转动,这时候定子的尺寸也就有了要求。
这里给一个表格可以作为大致参考,表格上的数据是以4S的锂电池作为标准的,如果所选锂电池不一样的话,可自行做相应调整。
| 机架尺寸 | 浆尺寸 | 马达尺寸 | KV |
|---|---|---|---|
| 150mm 或者更小 | 3″ 或者更小 | 1105 -1306 或者更小 | 3000KV 或者更高 |
| 180mm | 4″ | 1806 | 2600KV – 3000KV |
| 210mm | 5″ | 2204-2208, 2306 | 2300KV-2600KV |
| 250mm | 6″ | 2204-2208, 2306 | 2000KV-2300KV |
| 350mm | 7″ | 2208 | 1600KV |
| 450mm | 8″, 9″, 10″ 及以上 | 2212 及以上 | 1000KV 或者更低 |
参考原文: https://oscarliang.com/quadcopter-motor-propeller/

Comments
There are no comments yet.