RCDetails Blog. Бесколлекторный двигатель маленький


Angry Oskie – Самый маленький микрокоптер с бесколлекторными моторами

Прямо какая-то истерия с этими микрокоптерами, сообщество продолжает ставить новые рекорды в дисциплине «самый маленький микрокоптер». Зима близко, нам нужен микрокоптер для полетов в помещении, думаю пришло время построить один такой для себя!

Оригинал: Angry Oskie – The Smallest Brushless Micro Quad Build

«Бесколлекторный» микрокоптер???

Я летал на разных микрокоптерах с коллекторными моторами, а на эту мелкую бестию собираюсь поставить бесколлекторные моторы. Основная причина — это недостаток мощности и недолговечность коллекторных моторов — они насколько недолговечные что ломаются каждые 100 полетов.

Однако, сборка на бесколлекторных может быть немного более сложной, т.к. потребуются отдельные регуляторы скорости для моторов. Остальная же часть сборки должна быть похожей на обычные коллекторные микрокоптеры.

О, они также летают на 1S LiPo аккумуляторах, так что я смогу использовать аккумуляторы от предыдущих микрокоптеров 🙂

Самый маленький коптер, который я когда-либо собирал!

Я не знаю это самый маленький коптер в мире или нет, но он точно самый мелкий из тех что я собирал.

Планирую использовать моторы 15000kv, с двух- и трехлопастными пропами диаметром 31 и 40 мм. Это позволит мне уменьшить размер рамы до 48 и 59 мм соответственно, потрясающе мелкий коптер!

На сколько он маленький? Сравним с tinyWhoop, который имеет размер 64 мм. Tiny Whoop — это больше не микрокоптер по сравнению с Angry Oskie!

Общий вес квадрика примерно 20-23 грамма (не считая аккумулятора).

Слева направо: Angry Oskie 59mm, 48mm и Tiny Whoop (E010)

Чтобы лучше представить размер, вот вам моторы 0703 в сравнении с обычными моторами для 5″ квадриков (2306) 🙂

Предупреждение! Этот коптер не для всех, из-за маленького размера новичкам будет сложно им управлять!

Список комплектующих для микроквадрика на бесколлекторных моторах

Буду использовать нижеследующие комплектующие. Вы можете выбрать другие детали, только убедитесь, что они подходят по размеру к моей раме.

Ниже я более подробно опишу выбранные комплектующие.

CM275T AIO Camera/VTX

Очень хороший FPV набор, имеет хороший фильтр по питанию и у него нет заметного шума на записях. Просадка напряжения, кажется тоже не влияет на эту камеру. Качество картинки достаточно хорошее в сравнении с другими наборами «все-в-одном». Наиболее важно то, что этот набор меньше и легче, чем другие (типа TX01 или FX797).

Полетный контроллер RacerStar F3D8

Это мой выбор потому что содержит встроенный 8 канальный приемник FrSky.

Регуляторы скорости RacerStar Star4 4A 4-in1 ESC

Подойдут любые регуляторы скорости 4-в-1 размером 16 на 16 мм.

Моторы RacerStar BR0703 15000KV

BR0703 — это самые легкий из продающихся моторов с 15000kv. Есть две версии SE (Special Edition) и не SE (non-SE). Похоже, что они имеют одно и то же обозначение, но разный цвет. В любом случае, я купил оба вида, чтобы все выяснить.

Есть одна несколько раздражающая проблема — это крепежные винтики из комплекта. У версии non-SE они M1.6 длиной 4 мм, а у SE версии — M1.6 длиной 2.5 мм. 2.5 — этого явно недостаточно для моей рамы распечатанной на 3Д принтере, так что если собираетесь использовать SE версию, то я рекомендую купить несколько винтиков длиной 4 мм на ebay ($3 за 20 штук). В любом случае запас не повредит.

Я попробовал использовать 40 мм трехлопастные пропы на этих 15000kv моторах и после 50 полетов они работают нормально. Если что, то можно взять версию с более низким kv — 12000 kv.

Пропеллеры

Для такого коптера подойдут пропы диаметром 31 и 40 мм. Я пока еще не тестировал 31 мм (из-за того, что вал моторов BR0703 имеет больший диаметр, 1 мм, чем отверстие в пропе). Думаю, что 31 мм винты в основном предназначены для TinyWhoop с коллекторными моторами, у там вал диаметром 0,8 мм. Я не так давно купил дрель, чтобы рассверлить отвестия, так что протестирую пропы в конце недели.

LiPo аккумулятор

Я попробовал 3 разных аккумулятора, ниже результаты тестов. Замечу, что у всех этих аккумуляторов разъем типа LOSI, думаю, что для коптеров с 40мм пропами лучше всего подойдут аккумуляторы ёмкостью 300 — 500 мАч. Для 31 мм пропов, видимо нужно использовать что-то более мелкое, 200 — 300 мАч (проверю позже).

40 мм пропы:

31 мм пропы:

Результаты скоро будут…

Где купить раму Angry Oskie?

Рама «Angry Oskie» разработана специально для тех комплектующих, которые указаны в этом посте. Вся рама печатается на 3Д принтере, дополнительно нужно:

  • 4 винтика М2 длиной 25 мм
  • 1 резинка (для крепления аккумулятора)
  • небольшой кусочек велкро (тоже для крепления аккумулятора)

Также при сборке потребуется несколько проставок M2 и несколько гаек M2, но их можно взять из комплектов полетных контроллеров и регуляторов.

У рамы Angry Oskie 2 размера: 48 и 59 мм, в зависимости от пропов, которые вы планируете использовать (если вы не знаете, что означают эти цифры, тогда читайте наше руководство по рамам для коптеров).

Вес:

  • 59 мм рама — 2,2 грамма
  • 48 мм рама — 1,7 грамма
  • Крепление камеры — 0,9 грамма

Файл для печати доступен на thingverse, так что вы можете скачать его и распечатать, это бесплатно! Если у вас нет 3D принтера, то я могу распечатать и прислать вам раму. На самом деле я отправлю целый набор, который включает в себя:

  1. Раму 48 мм
  2. Раму 59 мм
  3. 5 винтиков М2 длиной 25 мм
  4. 1 резинку
  5. Ключ шестигранник M2 (напечатан на принтере)
  6. 2 маленькие нейлоновые стяжки

Я потратил более 100 часов на разработку этой рамы, её тестирование, сборку коптеров и на написание этого руководства. Постараюсь еще что-нибудь в ней улучшить. Вы можете поддержать этот проект купив у меня раму и запчасти, используйте ссылки на платежную форму здесь. Спасибо!

Руководство по сборке «Angry Oskie»

Сейчас я покажу вам как собрать «самый мелкий бесколлекторный коптер» 🙂 это подробное, пошаговое руководство, попробую показать все детали.

Подготовка

Похоже, что последняя партия камер CM275T идет с 4 проводками, судя по всему, два дополнительных проводка — это видеовход и видеовыход для подключения OSD. Однако, мы не будем использовать OSD, так что можно просто убрать провода и соединить контакты между собой.

Если этого соединения не сделать, то CM275T ничего не покажет.

Убираем лишнюю термоусадку около отверстий на регуляторе.

Подключаем регуляторы скорости, полетный контроллер и FPV оборудование

Обрезаем провода у регуляторов до нужной длины. Я настоятельно рекомендую оставить небольшой запас проводов, это сильно упростит сборку. На картинке видно, что я обрезал слишком много, еле удалось собрать!

Также следует проверить порядок моторов, прежде чем собирать. Не уверен, была ли это ошибка в инструкции, но пришлось менять провода несколько раз.

Настраиваем полетный контроллер

(это мои личные настройки, есть что улучшать. Дайте мне знать, если есть идеи)

Я предпочитаю настраивать ПК до установки в раму.

ПК идет с предустановленной прошивкой Betaflight 3.1.5, не стал её обновлять.

Включил DShot600, установил Gyro Rate = 8K, PID Loop = 4K.

Консоль (CLI):

feature MOTOR_STOP set digital_idle_percent = 4.000 set motor_pwm_protocol = DSHOT600 set align_board_yaw = 45 set deadband = 4 set yaw_deadband = 4

Устанавливаем электронику в раму

В этом руководстве я не буду припаивать провода, просто покажу как все соединяется.

Оберните резинку вокруг центральной части и закрепите ее стяжкой. Это наш держатель аккумулятора 🙂

Установите моторы на раму.

Установить регуляторы используя нейлоновые стоки/винты M2 длиной 25 мм, затем оденьте 5 мм разделители (поверх регулей).

Затем очередь полетного контроллера и еще 5 и 3 мм разделители сверху него.

Теперь можно поставить крепление камеры и зафиксировать всё гайками M2 (тут-то и пригодится ключ из моего комплекта).

Ставим камеру в крепление. Держится на объективе, так что просто аккуратно вставьте камеру.

Позади есть небольшая прорезь для проводов питания, она нужна для того, чтобы пропеллеры не порезали провода.

25 мм стойки несколько длинноваты, но их можно оставить как есть, нужно подрезать только одну из них, чтобы она не попадала в кадр.

Сбоку рамы есть крюк для провода от аккумулятора 🙂

Коптер после сборки, крупным планом.

Резинка в качестве крепежа для аккумулятора работает просто отлично. 🙂

FAQ

Обязательно прочтите, если собираетесь собирать Angry Oskie

Как подключить USB кабель?

К сожалению, из-за маленьких размеров, доступа к USB порту нет, он закрыт одним из моторов. Советую настраивать ПК до сборки рамы. Иначе придется снимать мотор.

Приемник не работает при подключении по USB

Это нормально для F3D8, он работает только от аккумулятора, не питается от USB.

Когда приземляться?

К сожалению, нет контроля за напряжением аккумулятора. Но я выяснил, что прием сигнала становится неуверенным, когда аккумулятор садится. При этом Таранис начинает сообщать о низком уровне RSSI (RSSI Low) или о его критическом значении (Signal Critical), при этом коптер будет рядом со мной и будет нормально летать. Но это знак, что аккумулятор разряжен и мне пора приземляться.

blog.rcdetails.info

Моторы для моделей. Немного теории. Часть 1 — DRIVE2

Бесколлекторные двигатели постоянного тока называют так же вентильными, в зарубежной литературе BLDCM (BrushLes Direct Current Motor) или PMSM (Permanent Magnet Synchronous Motor).Конструктивно бесколлекторный двигатель состоит из ротора с постоянными магнитами и статора с обмотками. Обращаю Ваше внимание на то, что в коллекторном двигателе наоборот, обмотки находятся на роторе.

коллекторный и бесколлекторный

Давайте сначала узнаем, как работает коллекторный двигатель.

Чтобы узнать, почему бесколлекторные двигатели настолько эффективны и имеют высокую мощность, необходимо знать, как работает стандартный коллекторный мотор.

Обычные коллекторные электродвигатели, имеют всего два провода (положительный и отрицательный), которыми двигатель подключается к регулятору скорости. Внутри корпуса двигателя можно увидеть два изогнутых постоянных магнита, а по центру установлен вал с якорем, на котором намотаны обмотки из медной проволоки. С одной стороны вала якоря устанавливается моторная шестерня, с другой стороны вала расположен так называемый коллектор из медных пластин, через который с помощью угольных щеток ток подается к обмоткам якоря.

коллекторный мотор

Две угольные щетки постоянно скользят по вращающемуся медному коллектору. Как вы можете видеть на рисунке выше, напряжение по проводам через щетки и коллектор поступает к обмоткам якоря, возникает электромагнитное поле, которое взаимодействует с постоянными магнитами статора и заставляет якорь вращаться.

Как начинает вращаться стандартный коллекторный двигатель.Когда на обмотки якоря поочередно поступает постоянный электрический ток, в них возникает электромагнитное поле, которое с одной стороны имеет «северный» а с другой «южный» полюс. Поскольку «северный» полюс любого магнита автоматически отталкиваются от «северного» полюса другого магнита, электромагнитное поле одной из обмоток якоря, взаимодействуя с полюсами постоянных магнитов статора, заставляет якорь вращаться. Через коллектор и щетки ток поступает на следующую обмотку якоря, что заставляет якорь вместе с валом мотора продолжать вращение, и так до тех пор, пока к мотору подается напряжение. Как правило, якорь коллекторного мотора имеет три обмотки (три полюса) — это не позволяет двигателю застревать в одном положении.Недостатки коллекторных двигателей выявляются, когда нужно получить огромное количество оборотов от них. Поскольку щетки должны постоянно находиться в контакте с коллектором, в месте их соприкосновения возникает трение, которое значительно увеличивается, особенно на высоких оборотах. Любой дефект коллектора приводит к значительному износу щеток и нарушению контакта, что в свою очередь снижает эффективность мотора. Именно поэтому серьезные гонщики протачивают и полируют коллектор двигателя и меняют щетки почти после каждого заезда. Коллекторный узел стандартного мотора так же является источником радиопомех и требует особого внимания и обслуживания.

Теперь посмотрим, как работает бесколлекторный двигатель.Основной особенностью конструкции бесколлекторного двигателя является то, что он по принципу работы похож на коллекторный мотор, но все устроено как бы "наизнанку", и в нем отсутствуют коллектор и щетки. Постоянные магниты, которые в коллекторном моторе установлены на неподвижном статоре, у бесколлекторного мотора расположены вокруг вала, и этот узел называется ротор. Проволочные обмотки бесколлекторного мотора размещены вокруг ротора и имеют несколько различных магнитных полюсов. Датчиковые бесколлекторные моторы имеют на роторе сенсор, который посылает сигналы о положении ротора в процессор электронного регулятора скорости.

бесколлекторный мотор

Из-за отсутствия коллектора и щеток в бесколлекторном моторе нет изнашивающихся деталей, кроме шарикоподшипников ротора, а это автоматически делает его более эффективным и надежным. Наличие сенсора контроля вращения ротора также значительно повышает эффективность. У коллекторных двигателей не возникает искрения щеток, что резко снижает возникновение помех, а отсутствие узлов с повышенным трением благоприятно сказывается на температуре работающего мотора, что так же повышает его эффективность.Единственный возможный недостаток бесколлекторной системы – это несколько более высокая стоимость, однако каждый, кто испытал высокую мощность бесколлекторной системы, почувствовал прелесть отсутствия необходимости периодической замены щеток, пружин, коллекторов и якорей, тот быстро оценит общую экономию и не вернется к коллекторным моторам … никогда!

Помимо базовых размеров и различных параметров, бесколлекторные двигатели могут подразделяться по типу: с датчиком и без датчика. Двигатель с датчиком используют очень маленький сенсор на роторе и кроме трех толстых кабелей, по которому мотор получает питание, имеют дополнительный шлейф из тонких проводов, которые соединяют двигатель с регулятором скорости. Дополнительные провода передают информацию с датчика о положении ротора сотни раз в секунду. Эта информация обрабатывается электронным регулятором скорости, что позволяет мотору работать плавно и эффективно, насколько это возможно. Такие моторы используют профессиональные гонщики, однако такие двигатели намного дороже и сложнее в использовании.

Бездатчиковая бесколлекторная система, как можно догадаться, не имеет датчиков и дополнительных проводов, а ротор таких двигателей вращается без точной регистрации его положения и оборотов регулятором скорости. Это позволяет сделать двигатель и регулятор скорости проще в изготовлении, проще в установке и в целом дешевле. Бездатчиковые системы способны обеспечить такую же мощность, как датчиковые, просто с чуть-чуть меньшей точностью, а это идеальное решение для любителей и начинающих спортсменов.

www.drive2.ru

Микровертолеты и FPV: HB64 - маленький вуп на бесколлекторных моторах

С некоторых пор плотно подсел на тинивупы. Уже попробовал парочку: на бесколлекторных 0703-моторах и коллекторных 0716-моторах. Время полета у них сильно отличается. Бесколлекторный летает полторы-две минуты на LiHV-аккумуляторах 260мА/ч, коллекторный 3.5-4 минуты. Причем, по динамике не скажу, что коллекторный сильно уступает. Да, подхват не тот, но время полета значительно больше. Приглянулся еще один квадрик на бесколлекторных 0603-моторах HB64. Наверное, это должно быть что-то среднее между двумя предыдущими квадриками. Вот и проверю! Кроме 0603-моторов на 16000kV, заинтересовала рама. Она сделана по принципу, как рама RaconHeli для бесколлекторных тинивупов - карбоновое основание и пластиковые держатели моторов с защитой.

Краткие характеристики квадрика HB64:

  • База: 64мм
  • Вес: 24.7 грамм
  • Взлетный вес: 31.4 грамм
  • Моторы: 0603/16000kV
  • Диаметр пропеллеров: 31мм
  • Полетный контроллер: Omnibus F3
  • Блок регуляторов: Teeny1S
  • Камера: CM275T
  • Приемник: FlySky FS82
  • Аккумулятор: GNB LiHV 250мА/ч, 9.7 грамм
Квадрик HB64 приехал в пластиковом контейнере, но внутри все было не зафиксировано и болталось, хотя и упаковано в пакеты. В комплекте, кроме квадрика, нашлась инструкция к полетному контроллеру, комплект запасных трехлопастных пропеллеров, съемник и хайвольтный аккумулятор на 250мА/ч. Странно, на квадрике стоят четырехлопастные пропеллеры, а запасные - трехлопастные.

Несмотря на прочную упаковку, квадрик приехал с повреждениями. Один держатель мотора был с трещинами и лопнула одна из трех стоек прямо рядом с мотором. Материал этих держателей жестковат и хрупковат, похож на чистый поликарбонат, не выдержат они долго. Лучше бы из нейлона сделали. В продаже запасных пока не видел, только если брать оригинальные от RaconHeli и надеяться, что по посадочным отверстиям подойдут.

Первое впечатление - квадрик HB64 непропорционально высокий! Рама довольно жесткая, не хлипкая, как у коллекторного варианта того же размера или как рама Beta65 Pro.

Снизу хорошо видно блок регуляторов 4-в-1 Teeny1S. Рама квадрика позволяет устанавливать электронику с посадочными отверстиями 16x16мм или стандартные платы тинивупного размера с посадочными отверстиями 26x26мм. Аккумулятор устанавливается в скобы из мягкого пластика. Скобы с упорами, чтобы квадрик устойчиво на ровную поверхность вставал. На квадрике установлены бесколлекторные 0603-моторы на 16000kV с валом диаметром 1мм. Моторы на латунных втулках - не лучшее решение, но в таком размере на подшипниках будут еще хуже. Это обновленная версия моторов с развальцованным валом, что исключает разделение мотора на ротор и статор:) Магниты на роторе очень тугие, мотор проворачивается с заметным усилием. Если присмотреться, то видно, что электроника на раму установлена через шайбы, похожие на демпферы. Увы, это обычные пластиковые шайбы красного цвета, а не силиконовые. Стек собран жестко с рамой. Для того, чтобы забиндить квадрик с пультом, надо добраться до маленькой кнопки на приемнике. Если изловчиться, то это можно сделать и не снимая канопу. Сквозь вырез в канопе видно USB-разъем для настройки полетного контроллера. Канопа снимается очень легко - просто откручиваются пара пластиковых болтиков по бокам. Вес капоны не маленький, целых 1.9 грамма! Зато она уже с креплением для камеры. Приемник приклеен к полетному контроллеру на кусочек силикона. Хорошо видна кнопка на приемнике, с помощью которой можно забиндить квадрик и пульт.

На квадрике установлена одна из самых популярных камер CM275T. Честно говоря, мне она не очень нравится тем, что картинка с нее получается с оттенками желто-зеленого и не очень хорошо работает WDR.

И кстати, почему-то камера не переключается в PAL-режим. Если удерживать переднюю кнопку несколько секунд, то операция переключения вроде бы проходит, но картинка по прежнему остается в NTSC-режиме. В качестве антенны к передатчику припаян проводок длиной 13мм.

Первым делом забиндил приемник и пульт Taranis QX7 с установленным мультипротокольным модулем iRangeX IRX4. В пульте выбрал протокол управления 'FS 2A', зажал кнопку на приемнике и подал питание через USB-разъем. Все получилось с первого раза.

Затем подключил квадрик к компьютеру и в пульте немного подправил диапазон выходного сигнала по первым восьми каналам, чтобы в BetaFlight на вкладке 'Receiver' получить значения 1000-2000.

Изначально в полетном контроллере квадрика HB64 была установлена прошивка BetaFlight-3.1.7-OMNIBUS. Были сделаны только настройки подключения приемника к полетному контроллеру, все остальное было абсолютно по дефолту. Вот дамп этих настроек.

Буду заливать в полетный контроллер самосборную прошивку из свежего среза исходных текстов BetaFlight. Тоже самое можно получить из ночных сборок.

После обновления прошивки в полетном контроллере, сразу же обновил и прошивку регуляторов. Изначально там стояла BLHeli_S-16.6, с помощью BLHeliSuite поставил версию 16.7.

Сразу же заработал маяк на моторах и после настройки будет доступен режим 'античерепаха'. Громкость маяка надо выкручивать на максимум, иначе квадрик вообще не слышно, если включить писк моторами.

Настройки сделал самые обычные, даже PID-ы подобрал просто на глаз. Хотелось побыстрее облетать аппарат:) В портах выставил подключение приемника к UART3.

В настройках выставил протокол управления DShot600 - цифра рулит:) Минимальный газ пришлось поднять до 8%, иначе из-за сильных магнитов при арминге моторы не могли стартовать. Скорость работы гироскопов выставил 8/4, при 8/8 процессор загружался на 100%. Включил динамические фильтры и возможность издавать писк моторами. В настройках питания отключил датчик тока - его нет. Приподнял максимальное напряжение до 4.4В, чтобы не было проблем с хайвольтными аккумуляторами. Сначала забыл снизить минимальное напряжение и квадрик в полете все время бросал сообщение на OSD о низком напряжении. Потом уже исправил на 2.8В. В настройках FailSafe выставил дизарм и включение писка при потере сигнала. PID-ы еще до конца не настроены - это сделаю позже. Расходы выставил такие же, как сейчас стоят на тренировочном хламолете и они отлично подошли. Отключил все фильтры и выставил тип LPF-фильтра PT1. Еще понизил 'D-Term' до 80Гц. На вкладке приемника ничего не менял. Хотел выставить вручную 'RC Interpolation', но не знаю даже приблизительного значения, которое может быть при использовании FlySky-приемника, а логов блэкбокса нет, чтобы это выяснить - оставил автоматическое. В режимах раскидал доступные четыре AUX-канала по функциям. На всякий случай сделал режимы Angle и Horizon, хотя ими не пользуюсь. Включил пищалку на тумблере, сделал отключение OSD и настроил на тумблер новомодную функцию 'античерепаха'. В настройках OSD вывел на экран только ник, напряжение аккумулятора, полетное время и уровень газа. В консоли включил фильтр Калмана и выставил на него частоту в 250Гц. Вот полный дамп моих настроек квадрика HB64. С ними нагрузка на процессор не превышает 31% - нормально.

Когда первый раз поднял квадрик в воздух, то был удивлен его стабильностью. В акро-режиме он висел как приколоченный! Квадрик оказался даже более стабильным, чем FullSpeed BeeBee-66. По звуку работы моторов очень похож на коллекторного коллегу.

Время полета на стоковом аккумуляторе на 250мА/ч составило ровно две с половиной минуты. Просадка по питанию начинается за несколько секунд до падения, мало шансов дотянуть до точки взлета:) Остальное время квадрик очень легко подхватывается по высоте, флипы-роллы делает практически на месте без потери высоты. Пока что сделал всего десяток полетов, но уже и так понятно, что 0603-моторы оптимальны для квадрика такого размера. И да, квадрик HB64 сильно перетяжелен, можно еще скинуть пару-тройку грамм. Хотя он даже в таком виде получился легче коллекторного собрата.

В планах было пересадить моторы на раму Beta65 Pro и заменить полетный контроллер на Racerstar Crazybee F3, но стоковая рама понравилась своей жесткостью. Тем более, у нее удобнее аккумулятор фиксируется. Не поленился и снял начинку с квадрика.

Разница в весе двух рам не очень большая. Beta65 Pro весит 3.55гр, а рама HB64 - 4.5гр. Если уложиться в сухой вес грамм в 20 или чуть меньше, то можно попробовать более емкие аккумуляторы, весом 12-14 грамм. Это должно значительно прибавить время полета.

По ресурсу 0603-моторов пока рано делать выводы. Всего-то было только десяток полетов. После каждых полетушек буду капать на латунные втулки масло для высокоскоростных подшипников. Надеюсь, это увеличит их ресурс:)

Чуть позже хочу взять на обзор еще парочку моделей этого же производителя: HB65 и HB75. А на этом пока все, удачных полетов!

mcheli.blogspot.com