#

Двигатели для FPV-дронов — ключевой компонент, влияющий на маневренность, эффективность и общее поведение дрона в полёте. Выбор правильных двигателей зависит от типа дрона, стиля полёта и личных предпочтений пилота.

Неправильный выбор двигателя может привести к снижению эффективности дрона, недостаточной тяге, несовместимости с ESC или аккумулятором. Всё это влечёт за собой дополнительные расходы и испорченное настроение.

Перед выбором двигателя важно обратить внимание на следующие характеристики:

• Определиться с типом и размером двигателя, а также манерой управления.
• Решить, нужно ли летать далеко или быстро — от этого зависят форма рамы, размер двигателей, энергоэффективность и тяговые характеристики.
• Подобрать размер пропеллера относительно размеров рамы.
• Обратить внимание на размеры статора двигателя и его вес.
• Учитывать вес дрона — от потребления тока двигателями зависит правильный подбор ESC и аккумулятора.
• KV-рейтинг — определяет количество оборотов двигателя в минуту на 1 вольт.
• Количество полюсов и магнитов двигателя для эффективной работы.
• Монтажные размеры двигателя и совместимость с рамой.

Типы двигателей для FPV-дронов

Для FPV-дронов используются два типа двигателей — щеточные (Brushed) и бесщеточные (Brushless).

Коллекторные двигатели (Brushed):

Двигатели Brushed применяются редко, в основном в игрушечных дронах.

• Простая конструкция снижает стоимость производства и ремонта.
• Лёгкость управления при помощи простых ESC удешевляет систему.
• Обычно используются в миниатюрных и бюджетных моделях, где высокая производительность не требуется.

• Основной недостаток — быстрый износ щёток, требующий регулярного обслуживания.
• Низкая эффективность, негативно влияющая на время полёта и производительность.

Бесколлекторные двигатели (Brushless):

Наиболее распространённый тип двигателей для FPV-дронов, особенно профессиональных.

• Сложная конструкция и принцип работы, обеспечивающие высокую эффективность и надёжность.
• Работают за счёт взаимодействия магнитного поля, создаваемого обмотками статора, и постоянных магнитов ротора.
• Управляются ESC, регулирующим подачу тока и направление для вращения ротора.
• Характеризуются высокой эффективностью, что позволяет дрону летать дольше на одном заряде.
• Отсутствие щёток уменьшает износ и потребность в обслуживании, повышая долговечность.
• Способны работать на высоких оборотах, что важно для скорости и точности управления FPV-дронами.

Конструкция бесколлекторного двигателя

Бесколлекторный двигатель состоит из двух основных частей:

Статор

Статор — неподвижная часть двигателя, крепящаяся винтами к раме. Обычно корпус статора изготовлен из алюминия или другого лёгкого металла.

В статор запрессованы подшипники для вращения вала ротора.

Сердечник статора состоит из тонких листов электротехнической стали, соединённых вместе.

Статор имеет три фазы медной проволоки, покрытой лаком, намотанные на сердечник.

Ротор

Ротор — подвижная часть двигателя, вращающаяся под воздействием магнитного поля статора.

Внутри ротора магниты закреплены эпоксидной смолой, расположены по кругу и взаимодействуют с полем статора.

Корпус ротора служит защитным кожухом для магнитов и обмоток, обычно изготовлен из алюминия.

Некоторые роторы имеют конструкцию, напоминающую мини-вентиляторы, для дополнительного охлаждения.

В центре ротора расположен вал, который вращается на подшипниках и передаёт вращающий момент на пропеллер.

При вращении ротора электрическая энергия преобразуется в механическую, обеспечивая работу двигателя.

При перегреве или сгорании двигателя чаще всего повреждаются обмотки статора.

Обозначения на двигателях

На корпусе ротора обычно наносится маркировка с названием производителя и техническими характеристиками.

Пример: Xing-E PRO — название бренда; номер 2207 обозначает размеры статора: первые две цифры — диаметр 22 мм, последние две — высоту 07 мм.

Важно не путать размеры статора с размерами ротора — именно размер статора измеряется этими цифрами.

Увеличение размеров статора повышает объём, размеры магнитов и обмоток, увеличивая крутящий момент и тягу за счёт большего потребления тока.

Недостатком является больший вес двигателя и увеличенная инерция вращения, что снижает отзывчивость.

Широкие двигатели лучше охлаждаются благодаря большей площади поверхности.

Температура двигателя напрямую влияет на эффективность: при нагреве магнитное поле уменьшается, ухудшая работу мотора.

Выбор ширины и высоты статора — баланс между отзывчивостью и охлаждением, зависящий от стиля полёта.

Например, для медленных полётов с тяжёлой камерой лучше выбирать широкий статор, для гонок и фристайла — более высокий.

Крупные статорные размеры не всегда означают лучшее — мотор 2207 с пропеллером 5 дюймов может быть эффективнее более тяжёлого 2506 с тем же винтом.

Двигатели с высоким крутящим моментом обеспечивают быструю смену оборотов и меньшие вибрации.

Крутящий момент зависит от:

• размера статора;
• материала;
• типа магнитов;
• качества медной обмотки;
• конструкции двигателя;
• воздушных зазоров;
• количества полюсов.

Расчёт объёма статора

Объём статора рассчитывается по формуле объёма цилиндра:

V = π × (R/2)² × H,

где V — объём цилиндра, π = 3.14, R — диаметр статора, H — высота, размеры в миллиметрах.

Для двигателя 2207 объём получится около 2659 мм³, для 2306 — около 2492 мм³; у 2207 крутящий момент выше за счёт большего объёма статора.

При выборе двигателя важно учитывать соотношение объёма статора и веса — более лёгкий мотор с тем же объёмом эффективнее.

Размер двигателя выбирается с учётом типа дрона:

• 1103–1105 — микродроны;
• 1404–1507 — лёгкие и средние;
• 2204–2306 — стандарт для 5-дюймовых дронов;
• 2507 — большие и тяжёлые дроны.

Особенности выбора двигателя по стилю полёта

Лёгкие дроны требуют меньшей подачи газа и крутящего момента, что позволяет использовать компактные и лёгкие двигатели.

Менее мощные двигатели с меньшим крутящим моментом подходят, если важна плавность, а не реактивность.

Двигатели с высоким крутящим моментом способны очень быстро менять обороты, что иногда ощущается как рывки и менее плавное управление.

Высокий крутящий момент может создавать скачки напряжения и электрические помехи, ухудшая работу гироскопа и стабильность полёта.

KV-рейтинг и обороты двигателя

Число с индексом KV обозначает количество оборотов в минуту (RPM) на 1 Вольт без нагрузки (без установленного винта).

Например, 1800KV означает 1800 оборотов в минуту при подаче 1 В.

Если подать 20 В — получится 36 000 оборотов в минуту без нагрузки.

Для батареи 6S (25.2 В) обороты составят около 45 360 RPM.

При разряде батареи напряжение падает, соответственно уменьшаются обороты (например, с 25.2 В до 21.6 В обороты падают примерно на 15%).

С установленным винтом обороты значительно ниже из-за сопротивления воздуха.

Дроны на 6S летают быстрее и манёвреннее, но обычно имеют чуть меньшее время полёта, чем на 4S, где дрон легче и эффективнее расходует энергию.

Комбинация KV и размера пропеллера

Двигатели с высоким KV работают быстрее, генерируют большую удельную тягу, но потребляют больше тока и сильнее нагреваются.

Большие пропеллеры лучше работают с низким KV, маленькие и лёгкие — с высоким KV.

Если поставить двигатель с высоким KV на слишком большой винт, он будет перегружен, будет потреблять много тока и перегреваться.

KV зависит от количества витков намотки — больше витков означает ниже KV, меньше витков — выше KV.

KV не влияет напрямую на крутящий момент, но влияет на константу крутящего момента — двигатель с высоким KV требует большего тока для создания крутящего момента.

Двигатель с высоким KV при одинаковой скорости менее энергоэффективен и требует лучшего охлаждения.

При проектировании дрона выбирайте KV с учётом задач:

• для дальних полётов важна энергоэффективность и низкий KV;
• для гонок — высокая скорость и более высокий KV.

Влияние веса двигателя на управление

Тяжёлые мощные двигатели увеличивают инерцию и требуют большего крутящего момента для изменения положения дрона.

Это снижает отзывчивость при быстрых манёврах, например, в фристайле или гонках.

Для спокойного полёта вес двигателя менее критичен.

Температура и долговечность двигателя

Температура сильно влияет на работу бесщеточных двигателей — при нагреве снижается магнитное поле, что ухудшает производительность и сокращает срок службы.

Перегрев вызывается длительной работой на максимуме газа или неправильными настройками прошивки.

Хорошее охлаждение — залог долговечной и стабильной работы.

Вибрация и шумы двигателей

Двигатель с плохим балансом или низким качеством вызывает вибрации, которые мешают контроллеру и усложняют его настройку.

Также вибрации создают электрические помехи, влияющие на гироскоп.

Диаметр вала двигателя

Вал двигателя — часть, к которой крепится пропеллер.

Большинство бесщеточных двигателей для винтов диаметром 3–7 дюймов имеют диаметр вала 5 мм.

Это значит, что пропеллер должен иметь отверстие диаметром 5 мм.

Расчёт тяги и соотношение тяги к весу

Тяга — ключевой параметр, определяющий скорость, манёвренность дрона и возможность нести дополнительную нагрузку (камеру, аккумулятор и др.).

Минимальная суммарная тяга всех двигателей должна быть не менее чем в два раза больше веса дрона.

Недостаточная тяга ухудшает управляемость и повышает риск перегорания двигателей.

Для расчёта тяги:

1. Определите характеристики двигателя: бренд, размер статора, KV.
2. Найдите таблицу тестов производителя с указанием тяги на определённом уровне газа и винтом.
3. Определите тягу на уровне газа, при котором планируете летать.
4. Умножьте тягу одного двигателя на количество двигателей (обычно 4).

Пример: двигатель выдаёт 1700 грамм тяги на 100% газа. Четыре двигателя дают 6800 грамм общей тяги. Вес дрона — 1000 грамм.

Соотношение тяги к весу: ~ 7:1 (тяга : масса).

Для гоночных дронов рекомендуются соотношения 10:1 или даже 14:1, для фристайла — минимум 5:1, главное — не менее 2:1.

Большое соотношение делает дрон манёвреннее, но сложнее в управлении, особенно для новичков.

Для спокойного полёта рекомендуется соотношение не менее 4:1.

Монтаж и совместимость двигателя с рамой и ESC

Проверяйте монтажные отверстия для установки двигателя на раму. Наиболее распространённые схемы — 16×16 мм и 19×19 мм.

Винты следует закручивать аккуратно, чтобы не повредить обмотки статора — при монтаже измеряйте расстояние от винта до обмоток.

Подбирайте ESC с запасом по току — ESC должен выдерживать потребление тока двигателей, учитывая номинальный и пиковый токи.

Номинальный ток — среднее потребление тока при обычном уровне газа (например, 50%).

Максимальный ток по спецификациям указан при 100% газа без установленного пропеллера.

Во время резких манёвров ток может резко вырасти (пиковый ток), поэтому запас ESC должен быть не менее +10А от максимального значения.

Количество полюсов и магнитов (например, 12n-14p)

Цифра перед «n» — количество электромагнитных полюсов в статоре.

Цифра перед «p» — количество постоянных магнитов в роторе.

Большее количество полюсов обеспечивает более плавную работу двигателя, меньшее — большую мощность.

Для трёхфазных двигателей количество полюсов кратно трём (9, 12, 15, 18 и т.д.).

В Betaflight нужно указывать количество магнитов в настройках RPM-фильтров для правильной работы.

Дизайн основания двигателя

Двигатели бывают с закрытым и открытым дном.

Закрытое дно — более прочное основание, лучше защищает двигатель от грязи.

Открытое дно легче примерно на ~2 грамма за счёт удаления материала, грязь легче почистить, видно глубину вкручивания винтов, что снижает риск повреждения обмоток.

Материал и крепление вала двигателя

Для ротора и основания обычно используются алюминиевые сплавы 7075 и 6082:

• 6082 — более пластичный;
• 7075 — более жёсткий и устойчивый к ударам, чаще встречается в современных двигателях.

Крепление вала может осуществляться винтами или зажимами:

• Винты легче снимать, что удобно для обслуживания, но могут заедать и блокировать вал.
• Зажимы компактнее и легче, но могут откручиваться в полёте и ломаться.

Магниты

Использование выгнутых магнитов позволяет минимизировать воздушный зазор и повысить стабильность и эффективность работы.

Магниты классифицируются по силе магнитного поля: N50, N52, N54 и т.д. Чем выше число, тем сильнее магнитное поле.

Сильное магнитное поле улучшает крутящий момент и скорость отклика, но может снижать плавность работы.

При вращении вручную двигатель с мощными магнитами ощущается более "резким".

Высокие температуры уменьшают магнитные свойства магнитов. Для работы в условиях нагрева используются магниты с индексом H, например N52H и N52SH (устойчивые к нагреву).

Важно не превышать допустимое напряжение питания двигателя — превышение приведёт к его выходу из строя.

Обслуживание двигателей

Регулярная чистка двигателей после попадания грязи или песка необходима для предотвращения заклинивания и повреждений.

Для очистки используют тряпки, зубные щётки, продувку сжатым воздухом и воду.

При сильном загрязнении двигатель лучше разобрать для полноценной чистки.

Пилоты, часто летающие на высоких значениях газа, должны регулярно проверять и менять подшипники — они быстрее изнашиваются.

Проверка подшипников производится вручную по звуку — гул или шум свидетельствует о необходимости замены.

Кривой или повреждённый ротор создаёт вибрации и повышенный нагрев.

Нельзя останавливать двигатель принудительно во время работы — это приводит к его сгоранию.

Не увеличивайте газ, если дрон застрял в препятствии.

Следующая тема — пропеллеры. Хороших полётов!