Перемотка бесколлекторного двигателя

Практически все китайские моторы для квадрокоптеров и не только, намотаны как на картинке ниже.

Намотка на китайских моторах для квадрокопетров
Намотка на китайских моторах для квадрокопетров

Выбор провода. Сколько жил и какой толщины.

Обычно,для намотки двигателей используется медный эмалированный провод. (ПЭВ-2).
В первую очередь нужно определить какие токи должен выдерживать этот мотор.
Далее выбираем толщину проволоки:
1А — 0.05мм, 3А -0.11мм, 10А-0.25мм, 15А-0.33мм, 20А-0.4мм
30А-0.52мм, 40А-0.63мм, 50А-0.73мм, 60А-0.89мм,70А-0.92мм.
80А-1.00мм, 90А-1.08мм, 100А -1.16мм

С увеличением мощности мотора, требования к качеству провода сильно возрастают. Для решения этой проблемы некоторые используют несколько более тонких проводов вместо одного толстого. В этом есть несколько приемуществ:
1 — Толстый провод сложнее наматывать.
2 — На больших частотах возможно появление скин-эффекта (поверхностный эффект)
Для получения максимального КПД от мотора, необходимо стремиться получить как можно меньшее сопротивление обмоток. Чем меньше сопротивление, тем меньше потери в обмотке и тем выше эффективность мотора. Для достижения этой цели необходимо использовать как можно более толстый провод. Но толстый провод — означает меньшее количество витков и меньший крутящий момент.Пока вам не нужно сделать очень высокоскоростной двигатель, старайтесь намотать как можно больше витков для создания большего крутящего момента.

Слишком тонкий провод дает большое сопротивление, и вы не сможете пропустить нужный ток через двигатель. Если просто поднять напряжение, по закону Ома произойдет увеличение тока. Но потери в обмотках(нагрев) сильно возрастут , что приведет к разрушению двигателя.
Для модельных двигателей обычно используется провод диаметром 0.3-0.6 мм. Более тонкий провод позволяет намотать больше витков но и имеет большее сопротивление.
Сопротивление обмотки двигателя прогнозируем путем измерения общей длины провода, а затем рассчитываем сопротивление, используя данные из таблицы.
Намотка мотора


Намотать 20 витков тонким проводом на зуб может оказаться довольно просто, но мы пытаемся намотать от 10 до 30 витков соответствующей толстой проволокой, что не всегда так просто.
Хитрость заключается в том, чтобы закрепить статор в какое нибудь приспособление, а затем, используя обе руки, наматывать витки с нужным усилием, чтобы обмотки получались более компактными.

Схема намотки статора с 9 зубами

Основная схема намотки приведена на картинке ниже.

Как можно объяснить этот эскиз в текстовом формате?
Существует простая форма записи для обозначения намотки:
Обычно статор мотается 3 проводами. Назовем их ‘A’, ‘B’ и ‘С’. Если смотреть на статор сбоку, то намотка провода по часовой стрелке будет обозначена заглавной буквой, а намотка против часовой стрелки — маленькой.
Таким образом,на схеме намотки 9ти полюсного мотора мы должны мотать все зубья в одном направлении, один за другим что видно в текстовой схеме «ABCABCABC». Девять букв, по одной букве для каждого зуба.
Итак берем провод, оставляем около 10 см, и мотаем первый зуб по часовой стрелке. Затем перекидываем провод на 4й зуб и мотаем его. И в заключение мотаем 7й зуб. Потом вторым проводом мотаем зубья 2, 5 и 8. И в завершение третьим проводом мотаем 3, 6 и 9 зубья.
Итак возьмем наш моторчик, и удалим с него старый провод. Он был намотан проволокой 0.3мм. Количество витков на оригинале было 24.

Теперь отмотаем метр провода 0.4мм и попробуем намотать по приведенной выше схеме:

Переход с зуба на зуб я заизолировал термоусадкой.

Соединение проводов

Итак, у нас есть намотанный статор и из него торчит 6 проводов. Три провода из них — это начала обмоток, и 3 другие концы. Необходимо заранее маркировать провода.
Итак, у нас есть 6 концов, но только 3 из них подключаются к контроллеру скорости. Теперь, чтобы завершить перемотку необходимо выбрать схему подключения (базируясь на желаемом предназначении мотора).
Существует две конфигурации которыми можно соединить выводы статора:
Первая называется Звезда (Star или ‘Y’), а вторая — Треугольник (Delta).

Каждая конфигурация предлагает немного разные свойства и влияет на мощность мотора. Однако, изготовители двигателей еще не решили, какая схема является лучшим вариантом.
Диаграммы ниже показывают электрические схемы для этих соединений.

После этих картинок, сразу понятно почему эти схемы так называются.

Как правило, соединение «Треугольник» выбирается, если вы хотите получить высоко оборотистый мотор и соединение «Звездой» используется для получения более низких оборотов двигателя и позволяет использовать большие винты.

Если рассмотреть соединение Треугольником и подать напряжение на два вывода, во всех обмотках потечет ток. Для демонстрации того как ток распределиться между обмотками, предположим, что сопротивление одной фазы равно 1 Ом. В этом случае, у нас есть фаза А в 1 Ом, соединенная в паралель с 2мя другими фазами B и С (B и С соединены последовательно) сопротивлением в 2 Ома. По закону Ома можно подсчитать, что 2/3 всего тока пойдут через фазу А и оставшаяся 1/3 пойдет через фазы B и C. Результирующее сопротивление которое увидит контроллер будет 0,66 Ом.

Если мы соединим выводы по схеме Звезда, то весь ток будет всегда идти через 2 фазы в любой момент времени.
Результирующее сопротивление для регулятора будет 2 Ома.

Если мы нагрузим мотор напряжением в 10В, то получим ток около 15А при соединении Треугольником и всего лишь 5А при соединении Звездой. Надо сказать, что соединение треугольником в данном случае дает большую мощность. Так-же, мы получим большие токи, но усилие для поворачивания большого винта может оказаться недостаточным. Можно подать на мотор большее напряжение и все же заставить этот винт крутиться, но возможно, что мотор от этого опять сгорит.

В качестве примера:
Предположим, что у нас есть мотор он винчестера, и мы хотим получить от него необходимую тягу для 72″ Piper Cub самолета. Чтобы мотор мог выдерживать большие токи, будем использовать 0.6 мм провод. После непродолжительных мучений, стало понятно, что больше 10-11 витков намотать этим проводом не получается.
Сначала, я соединил его звездой (т.к. я хотел получить больший крутящий момент). На 3х банках LiPo, с нужным мне пропеллером, удалось получить ток всего в 10А. Мощности мотора было явно мало и хотелось получить больше.
Мотор был переконфигурирован под схему Треугольник, что дало больше мощности. Больше тяги для полета, но вместе с этим и достаточно высокие токи, чтобы спалить мотор.

Что же делать в этой ситуации?

Самый верный способ, это подбор батареи с нужным напряжением. Соединение Звездой может спокойно потянуть 4 банки лития и в этой конфигурации выдать требуемую тягу. Для соединения треугольником, наоборот — необходимо уменьшить количество банок батареи.
В результате обе конфигурации выдадут примерно одну и ту-же мощность. (как ни крути)

Обороты и напряжение (об/В)

От того как вы намотаете мотор будет зависеть с какой скоростью он будет крутиться и какую батарею вам придется использовать для получения нужной тяги.

Если взять мотор без винта и дать полный газ на, скажем, 6В, мотор будет крутить на своих максимальных оборотах.
Если измерить эти обороты и поделить их на напряжение батареи, мы получим характеристику называемую Обороты на Вольт (RPM per Volt). После того как мы узнали эту характеристику мы уже сможем сказать, как быстро мотор будет крутить на нужном нам напряжении.

Например, наш мотор крутит 8000 Оборотов на 6В.

8000 / 6 = 1333 Об/в

В этом случае с батареей на 10В мотор будет выдавать 13330 Оборотов.
Эта характеристика помогает нам понять на что способен наш мотор, и подходит ли он для поставленной задачи.
Если нам нужен мотор для импеллера, тогда необходимо чтобы мотор имел более высокие Об/В.
Для 3D самолетов, необходимо вращать больший винт, и поэтому обычно используют моторы с более низким Об/В.

Под нагрузкой количество оборотов естественно упадет.

Возвращаясь назад к схемам Треугольника и Звезды. Имеется зависимость между этими двумя схемами и расчетом характеристики Об/В. Если вы соединили мотор звездой и измерили его обороты, вы можете подсчитать какие Об/В получатся при использовании схемы Треугольник и наоборот.

Для перевода от Звезды к Треугольнику надо домножить Об/В на 1.73
Для перевода от Треугольника к Звезде — домножить на 0.578

Таким образом, у нас появляется реальный инструмент для изменения характеристик мотора в зависимости от простой схемы подключения. Некоторые моделисты, зашли так далеко, что подключают все 6 проводов к небольшому блоку коммутации, что позволяет им менять схему в любое время.

Итак, как определить/рассчитать необходимое количество витков и оборотов/В перед намоткой двигателя?

Существуют специальные программы для расчета количества витков при определенных размерах статора и толщины зубов для получения нужного количества оборотов. Но в большинстве случаев, мы просто наматываем максимально возможное количество витков и измеряем параметры получившегося мотора. Используя полученные данные, уже можно понять устраивает нас такое положение дел или нет, и что делать для достижения цели. Метод «тыка» тоже работает достаточно хорошо.
Выводы:
В качестве инструкции можно привести несколько утверждений:
Чем больше витков намотано на зуб, тем большее магнитное поле будет получено на том-же токе.
Чем сильнее поле, тем больший крутящий момент и меньшее количество оборотов на вольт.
Для получения высоких Об/В, необходимо мотать меньшее количество витков. Но вместе с этим падает и крутящий момент. Для компенсации момента, обычно на мотор подают более высокое напряжение.
Соединение Звездой дает больший крутящий момент и меньшее количество Об/В чем соединение Треугольником.

Последний штрих

Возвращаясь к моей моторке. Мне удалось намотать всего по 11 витков проволокой 0.4мм. С таким колиеством витков о соединении проводов треугольником можно сразу забыть. Итак, я зачистил эмаль с 3х выводов и спаял их вместе.
Оставшиеся 3 вывода были заправлены в термоусадку. Последним шагом я подпаял 2мм коннекторы.

Результаты тестов показали следующие характеристики:
Судя по параметрам — получилось где-то 2200 оборотов, тахометра не было под рукой.
GWS 6х3 тяга 270грамм 6А
GWS 7х3.5 тяга 330 грамм 8.2А
Вполне приемлемый результат.

Часть 2. Схемы намотки бесколлекторных двигателей

Нажмите на изображение для увеличения Название: table.jpg Просмотров: 787 Размер: 41.1 Кб ID: 707711
Пояснения к данной таблице:
(A) — мотать по часовой стрелке
(a) — мотать против часовой стрелки
(-) — оставить зуб пустым (Для LRK схем)

Цвета:
черный — не работает
оранжевый -работает, но не очень хорошо
белый — работает
голубой — работает хорошо

Автор описывает 16 способов намотать одно и тоже на 4 зуба. Во всех случаях зубья намотаны по следующей схеме:
Зуб 1 = «A»
Зуб 2 = «a» (схема намотки противоположна зубу 1)
Зуб 7 = «a»
Зуб 8 = «A»
Далее, автор приводит в пример несколько схем намотки(Начала(Anf) и концы(Ende) обмоток отмечены):
Простая намотка по методом 1278cw.
Схема: AabBCcaABbcC
Данная намотка предназначена для соединения звездой.
Причем надо соединять вместе надо либо 3 «начала», либо 3 «конца».


Почти то же самое, но только почти!
Все три обмоточных провода, намотаны по одним методом.
Схема: AaBbCcaAbBcC
На самом деле, намотано НЕПРАВИЛЬНО!
С хорошим контроллером, возможно, и будет работать. Однако, будет очень высокий ток нагрузки и очень плохая эффективность.
Схема, почти та же. Что изменилось?
Начало и конец «B» (синей) фазы были просто поменяны местами.
Получили схему: AabBCcaABbcC
Изменения минимальны, но двигатель будет работать очень хорошо.
В такой схеме концы и начала обмоток чередуются.
Конец «A» следует за началом «B»,
конец «B» следует за началом «C» и
конец «C» следует за началом «A».

В таких условиях, лучше использовать соединение треугольником.
Часто встречается следующая схема намотки.
Она часто рекомендуется, как схема для соединения треугольником.
По мнению автора, самый лучший вариант для намотки 10 или 14P 12N моторов.
При таком варианте провода наилучшим образом подходят для соединения треугольником.

Часть 3. Использованием схемы LRK

LRK мотор был разработан тремя джентельменами по имени Lucas, Retzback and Kuhfuss. Целью их разработки была попытка получить максимально возможное силовое поле с определенным видом статора и типов манитов. Чем сильнее поле, тем большее крутящий момент можно получить. Количество об.в при этом уменьшается. Это не значит, что LRK моторы не могут выдавать высоких оборотов. Они вполне могут выдавать высокие обороты, которые позволяет выдать ваш контроллер скорости.
Для постройки LRK мотора, нам необходим статор с 12ю зубьями. Нельзя использовать статоры с 9ю зубьями. Следующее важное отличие — это схема намотки. Только половина всех зубов наматывается. Это делает намотку двигателя более простой по 2м причинам. Во-первых, надо мотать меньше зубов. И второе — пропущенные зубья позволяют намотать больше витков на зубья которые мы мотаем. В некоторых случаях это сильно помогает.

Итак, рассмотрим схему намотки двигателя LRK:

Данная схема достаточно проста. Мотаем первый зуб против часовой стрелки, затем переходим к зубу 7 и мотаем в обратном направлении, и так 3 раза. C точки зрения электроники — не важно какие метки стоят на ваших выводах. В данном случае все выводы идентичны друг другу. Поэтому можно смело мотать и не бояться запутаться в будущем.
Полезные ссылки:
1.http://www.scorpion.powercroco.de/
2.http://heli-spb.ru/forumheli/index.php?topic=5243.0
3.http://forum.brothers-blog.com/index.php?board=32.0
4.http://www.powercroco.de/
5.http://www.heli-spb.ru/forumheli/ind…27073#msg27073
6.http://www.ramo-chelny.ru/vidi-obmotok.html
7.http://rcstv.ru/forum/topic/191/lofi/?page=2

Статья взята с сайта http://penolet.ru/content/110 автор Дмитрий
Все данные и схемы с gobrushless.com и powercroco.de

3 комментария

  1. Мотал по самой первой фотке мотор sunnysky 2212-13 980kv/ Взял проволоку 0,4мм и намотал одной жилой вместо 4х по 0,2. Получилось отлично, обороты те же, но тяга по ощущениям примерно на 20% увеличилась.
    Для расчета провода, я использовал вот этот калькулятор http://www.radiolibrary.ru/services/wire.html очень полезная штука. Расчет делается очень просто. Имеем 4 скрученных провода по 0,2мм и по 13 витков на зуб (видно из названия мотора 2212-13, последняя цифра 13 означает витки). Узнаем из диаметра провода 0,2мм сечение, оно равно 0.03 мм². Умножаем 0,03 на 4 и получаем 0,12мм². Это сечение всех 4 проводов. Теперь в калькуляторе вбиваем в поле «РАСЧЕТА ДИАМЕТРА ПРОВОДА ПО ЕГО СЕЧЕНИЮ» 0,12мм² и получаем диаметр одножильного провода равен: 0.39мм. 4х миллиметровая проволока как нельзя кстати подошла, а нашел я ее в какой-то завалявшейся в гараже катушке индуктивности. Так что пробуйте, чините моторы, это не так и сложно как на первый взгляд кажется. Главное все делайте по схеме, чтобы провода выходили именно там, где нарисовано. Еще раз повторю, я делал по самой верхней картинке в этой статье, вот по этой http://4vo.ru/wp-content/uploads/2015/10/12N14Paussen.gif

  2. Скажите пожалуйста, стоит ли перематывать 2212-13 980kv на более высокие обороты? Как себя ведут эти моторы на 2500 оборотах на вольт? Планирую 5-6 витков на зуб намотать проволокой 0,4. Как у них с аппетитом тока будет? Планирую на миник 250 внедрить с 6045 винтами и 4s аккумом, думаю лютая мощща будет при тапке в пол, и так же должен по идее висеть минут 10 блинчиком.

Добавить комментарий