Động cơ BLDC: hướng dẫn đầy đủ về chủng loại, thông số và cách chọn

Động cơ BLDC là động cơ DC không chổi than: một rôto nam châm vĩnh cửu, một stato có cuộn dây và một bộ điều khiển điện tử thực hiện việc chuyển mạch mà trước đây chổi than đảm nhiệm. Chính thay đổi đó là lý do động cơ BLDC nay nằm trong khớp robot, khung máy bay nhiều rôto, gimbal máy ảnh và bộ đẩy dưới nước - không có chổi than để mòn, không có cổ góp để phóng hồ quang, và đường cong mô-men đủ dễ dự đoán để điều khiển bằng phần mềm. Đó cũng là lý do "động cơ BLDC" không còn là chỉ một quyết định mua: cùng một nguyên lý điện từ được đóng gói theo bảy cách khác nhau, và cách đóng gói quyết định gần như mọi thứ về cách định thông số cho động cơ.

Hướng dẫn này giải thích cách một động cơ DC không chổi than hoạt động, những thông số nào thực sự làm thay đổi một quyết định, và bảy nhóm động cơ trên ToBMS khác nhau ra sao. Mỗi nhóm nhận cùng ba câu hỏi - nó là gì, điều gì quyết định lựa chọn, và nó phù hợp ở đâu - nên phần này có thể đọc độc lập hoặc so sánh với các phần khác. Mọi con số đều lấy từ dữ liệu sản phẩm ToBMS hoặc thông số công bố của nhà sản xuất; không có con số nào là ước lượng.

Trả lời nhanh

Động cơ BLDC thay thế cổ góp cơ khí của động cơ có chổi than bằng một cổ góp điện tử, nên bộ điều khiển - chứ không phải chổi than - quyết định cuộn stato nào được cấp điện và vào thời điểm nào. Hệ quả thực tế là hiệu suất cao hơn, tuổi thọ phục vụ dài hơn nhiều, mô-men trên mỗi đơn vị khối lượng tốt hơn, và đặc tính mô-men theo tốc độ mà bộ điều khiển có thể định hình bằng phần mềm. Cái giá là một động cơ DC không chổi than không bao giờ là một chi tiết độc lập: nó chỉ hoạt động với một bộ điều khiển biết, hoặc có thể suy ra, vị trí rôto.

Việc chọn một động cơ là bài toán hai bước. Trước tiên chọn nhóm phù hợp với công việc cơ khí - một bộ khung trần nếu kết cấu máy nên đóng vai trò vỏ, một cơ cấu chấp hành tích hợp nếu khớp nên đến dưới dạng một mô-đun kín, một động cơ đẩy nếu đầu ra là lực đẩy chứ không phải mô-men trục, một động cơ gimbal truyền động trực tiếp nếu đầu ra là chuyển động êm ở tốc độ thấp, hoặc một bộ đẩy kín nếu động cơ phải làm việc dưới nước. Sau đó, trong nhóm đó, chọn KV theo điện áp bus và tốc độ yêu cầu, mô-men định mức theo chu trình làm việc, và mô-men đỉnh theo trường hợp quá độ. Đọc một thông số mà không biết nó đến từ nhóm nào là nguyên nhân phổ biến nhất khiến một danh sách rút gọn đi sai hướng.

Động cơ DC không chổi than là gì

Những bộ phận thay thế chổi than

Mọi động cơ BLDC đều có cùng ba nhóm chức năng. Stato mang các cuộn dây - thường là ba pha trong một bó lá thép có rãnh - và đứng yên. Rôto mang các nam châm vĩnh cửu, thường là các miếng neodymium được dán hoặc gắn chìm vào một trục thép. Bộ điều khiển cấp điện cho các pha theo trình tự sao cho từ trường stato quay luôn dẫn trước từ trường rôto một góc tạo ra mô-men tối đa. Ở động cơ có chổi than, một chổi than carbon và một cổ góp phân đoạn thực hiện việc chuyển mạch đó bằng cơ khí; ở động cơ không chổi than, một bộ nghịch lưu thực hiện việc đó bằng điện tử, hàng nghìn lần mỗi giây.

Hai hệ quả đến trực tiếp từ đó. Vì không có gì cọ xát, thành phần hao mòn trong ngân sách bảo dưỡng thực tế biến mất, và động cơ có thể được làm kín - chính điều này khiến bộ đẩy dưới nước và các mô-đun khớp đạt cấp IP trở nên khả thi. Và vì việc chuyển mạch nằm dưới sự điều khiển của phần mềm, mô-men là một đại lượng được ra lệnh chứ không phải một đại lượng tự phát, đó là lý do cùng một phần cứng có thể là một servo vị trí cứng trong ứng dụng này và một nguồn lực tuân thủ trong ứng dụng khác.

Vì sao bộ điều khiển thuộc về câu chuyện này

Một động cơ DC không chổi than không có thông số nào có ý nghĩa nếu thiếu bộ điều khiển của nó. Việc chuyển mạch cần vị trí rôto, và có hai cách để có được nó: đo bằng cảm biến, hoặc ước lượng từ điện áp và dòng điện mà chính động cơ tạo ra khi quay. Điều khiển dạng hình thang (sáu bước) đơn giản và đủ dùng cho chân vịt cùng bơm. Điều khiển định hướng trường, hay FOC, phân tách dòng điện thành thành phần tạo mô-men và thành phần tạo từ trường rồi giữ chúng ở góc tối ưu, điều mang lại mô-men êm ở tốc độ thấp cùng hiệu suất cao trong cả dải - và là điều khiến việc điều khiển mô-men, chứ không chỉ điều khiển tốc độ, trở nên khả thi.

Đây cũng là lý do các cơ cấu chấp hành robot tích hợp tạo thành một nhóm chứ không chỉ là một động cơ: động cơ, hộp giảm tốc, encoder và bộ điều khiển FOC được ghép thành một bộ, và nhà sản xuất công bố các con số mô-men cho cả bộ đó chứ không chỉ cho động cơ. Đem những con số đó so với con số của một động cơ trần là đang so sánh những thứ khác nhau.

Loại có cảm biến, loại không cảm biến và khả năng khởi động dưới tải

Cảm biến Hall cho vị trí chuyển mạch tuyệt đối ngay từ trạng thái đứng yên, điều này quan trọng mỗi khi động cơ phải tạo mô-men ở tốc độ bằng không hoặc gần bằng không - một khớp robot giữ tư thế, một gimbal chống lại cơn gió giật, một bộ đẩy đảo chiều. Điều khiển không cảm biến ước lượng vị trí từ sức điện động ngược, đại lượng chỉ tồn tại khi động cơ đang quay; cách này hiệu quả với chân vịt và quạt, nơi tải dễ dự đoán và mô-men khởi động thấp, và kém hiệu quả với bất cứ thứ gì phải khởi động dưới tải hoặc đảo chiều êm qua điểm không. Nhiều thiết kế dùng một encoder phía đầu ra để điều khiển trong khi bộ điều khiển chuyển mạch dựa trên cảm biến Hall, nhờ đó vừa giữ việc chuyển mạch vững chắc vừa giữ điều khiển chính xác.

Rôto trong và rôto ngoài

Ở kiểu rôto trong, rôto quay bên trong stato; các nam châm nằm gần trục, quán tính thấp, và động cơ dễ tản nhiệt qua vỏ ngoài cố định. Ở kiểu rôto ngoài, rôto là một chuông quay quanh stato, nên các nam châm nằm ở bán kính lớn hơn và tạo ra nhiều mô-men hơn với cùng mức tải từ - kiểu kết cấu chiếm ưu thế trong lĩnh vực đẩy, nơi chân vịt được bắt thẳng vào chuông và không cần hộp giảm tốc. Các bộ khung trần trong nhóm Động cơ mô-men xoắn không vỏ trên ToBMS bao gồm cả hai kiểu bố trí, và đó là một lý do khiến các con số mật độ mô-men của chúng không thể so sánh trực tiếp giữa các dòng.

Những thông số quyết định lựa chọn

KV, và vì sao đó không phải điểm chất lượng

KV là hằng số vận tốc của động cơ: đại khái là số rpm không tải trên mỗi vôn được cấp. Một động cơ 380 KV trên khối pin 22 V quay khoảng 8000 rpm khi không tải; một động cơ 29 KV trên cùng khối pin đạt khoảng 640 rpm. KV do cách quấn dây quyết định - nhiều vòng dây mảnh hơn cho KV thấp hơn, mô-men trên mỗi ampe lớn hơn và tốc độ tối đa thấp hơn; ít vòng dây dày hơn cho KV cao hơn, tốc độ cao hơn và mô-men trên mỗi ampe thấp hơn. KV cao hơn không phải KV tốt hơn. Giá trị đúng là giá trị đặt tốc độ yêu cầu tại điện áp bus hiện có, đồng thời giữ dòng điện - và do đó nhiệt - trong giới hạn mà cuộn dây cùng bộ điều khiển có thể chịu được.

Mô-men định mức và mô-men đỉnh

Mô-men định mức là mức động cơ có thể tạo ra liên tục, trong giới hạn nhiệt của nó, ở cách lắp đặt và làm mát mà nhà sản xuất đã chỉ định. Mô-men đỉnh là một con số có thời gian ngắn - một mức quá độ động cơ có thể cung cấp trong vài giây, bị chặn bởi nhiệt độ cuộn dây, nhiệt độ nam châm và giới hạn dòng của bộ điều khiển chứ không phải bởi một điểm gãy cơ học. Coi mô-men đỉnh như một con số làm việc là con đường nhanh nhất dẫn tới một động cơ âm thầm giảm định mức trong quá trình sử dụng. Hệ quả kèm theo cũng quan trọng không kém: con số đỉnh không phải một tuyên bố về việc phần cơ khí chịu được gì. Giới hạn va đập của hộp giảm tốc, tải trọng vòng bi và độ bền trục là những câu hỏi riêng, và khi chúng quyết định thiết kế thì cần được xác nhận với nhà sản xuất.

Mật độ mô-men tính theo Nm/kg

Mật độ mô-men là một công cụ so sánh, không phải một thông số - và nó phải được nêu hai lần, vì định mức và đỉnh kể những câu chuyện khác nhau. Lấy mô-men định mức chia cho khối lượng cho biết ngân sách khối lượng mua được bao nhiêu đầu ra liên tục, đúng mức mà một robot đi bộ hay một khung bay hoạt động lâu dài cảm nhận được. Lấy mô-men đỉnh chia cho khối lượng cho biết đang mang theo bao nhiêu khả năng quá độ, điều quan trọng với một chân phải hấp thụ cú tiếp đất hoặc một tay phải phá được lực dính. Trong dải không khung, độ trải rất rộng: các bộ rôto trong cỡ nhỏ và các chuẩn rôto ngoài cỡ lớn nằm ở những vị trí khác nhau trên cả hai thước đo, và đó là một quyết định thiết kế chứ không phải một bảng xếp hạng chất lượng. Ở những dải được ToBMS nêu theo Nm/kg, cả hai con số đều được liệt kê để việc so sánh có thể dựa trên con số khớp với nhiệm vụ.

Hộp giảm tốc, khả năng truyền ngược và độ rơ

Một hộp giảm tốc đổi tốc độ lấy mô-men và đồng thời thay đổi tính chất của đầu ra. Tỷ số giảm tốc cao nói chung làm tăng mô-men đầu ra và giảm khả năng truyền ngược, vì ma sát cùng quán tính phản chiếu được nhân lên qua tầng đó; tỷ số thấp nói chung cải thiện khả năng truyền ngược và độ minh bạch mô-men, với cái giá là mức nhân mô-men. Khả năng truyền ngược là điều cho phép một khớp hấp thụ va đập, được dịch chuyển bằng tay trong quá trình dạy học, và ước lượng lực từ dòng điện động cơ thay vì từ cảm biến lực - và đó chính là toàn bộ tiền đề của nhóm Bộ truyền động gần trực tiếp ở tỷ số 8:1.

Độ rơ là chuyển động bị mất trong chuỗi bánh răng, và đáng hỏi rõ ràng về nó: nó trực tiếp giới hạn độ lặp lại của định vị cùng độ cứng điều khiển. Một con số không kèm đơn vị thì không thể so sánh, nên hãy đối chiếu với bảng dữ liệu của nhà sản xuất trước khi coi đó là một đầu vào thiết kế.

Giới hạn nhiệt và chu trình làm việc

Nhiệt, chứ không phải mô-men, mới là thứ thường làm dừng một động cơ. Tổn thất đồng tỷ lệ với bình phương dòng điện, nên một chu trình làm việc tăng gấp đôi dòng điện sẽ làm thành phần tổn thất đó tăng gấp bốn; định mức phản ánh một cách lắp đặt cụ thể, một điều kiện môi trường cụ thể và một chế độ làm việc cụ thể. Một động cơ không khung được kẹp vào một vỏ nhôm lớn sẽ chịu được nhiều hơn hẳn so với cùng động cơ đó đặt trong không khí tự do, và một động cơ đẩy có luồng gió chân vịt thổi qua chuông sẽ chịu được nhiều hơn một động cơ đặt trên bàn thử. Khi cần tin vào một con số, hãy dùng điều kiện nhiệt của nhà sản xuất làm chuẩn, chứ không dùng con số ở tiêu đề.

Điện áp, dòng điện và bộ điều khiển

Điện áp bus đặt mức trần tốc độ cho một giá trị KV nhất định; dòng điện đặt mô-men. Các ràng buộc quyết định thường là giới hạn dòng của bộ điều khiển cùng cấp chịu của cách điện và đầu nối, chứ không phải bản thân động cơ. Việc khớp cả ba yếu tố - điện áp khối pin, KV và dòng của bộ điều khiển - trước khi so sánh các dải sản phẩm sẽ loại bỏ sớm phần lớn ứng viên không phù hợp. Cũng đáng kiểm tra bộ điều khiển cần biết những gì: một động cơ có cảm biến phải giữ mô-men ở tốc độ bằng không cần một bộ điều khiển đọc được các cảm biến đó, và một bộ FOC mong đợi encoder sẽ không chấp nhận một giao diện chỉ có Hall.

So sánh bảy nhóm động cơ BLDC

Bảng dưới đây là cách nhanh nhất để tìm đúng phần của hướng dẫn này. Các con số mô-men và lực đẩy là giá trị định mức cùng giá trị đỉnh được công bố trong từng nhóm hiện được giới thiệu trên ToBMS; tốc độ được nêu dưới dạng dải KV thay vì một con số đơn lẻ, vì tốc độ đầu ra phụ thuộc vào điện áp bus được chọn.

Bảy nhóm, mỗi nhóm có quy ước đầu ra riêng. Các con số mô-men là giá trị định mức cùng giá trị đỉnh do nhà sản xuất công bố; dải KV được nêu như trong từng nhóm; lực đẩy là lực đẩy giữ vị trí tối đa được công bố. Những nhóm công bố lực đẩy thay vì mô-men không hề kém hơn - chúng đang trả lời một câu hỏi khác, và việc quy đổi giữa hai loại đòi hỏi phải có chân vịt cùng điểm làm việc.

Phân chia đầu tiên là giữa các nhóm công bố mô-men trục và các nhóm công bố lực đẩy. Động cơ không khung, bộ truyền động robot, động cơ gimbal và mô-đun QDD là thiết bị mô-men: đầu ra là một trục, và tải được định nghĩa bằng Nm. Động cơ UAV, động cơ drone và bộ đẩy dưới nước là thiết bị lực đẩy: đầu ra là một dòng chất lưu được đẩy đi, và con số có ý nghĩa là lực đẩy ở một chân vịt cùng một điện áp nhất định. Trộn hai loại này trong cùng một phép so sánh là lỗi thông số phổ biến nhất.

Phân chia thứ hai là mức độ mà người mua được kỳ vọng phải tự cung cấp. Một bộ khung trần giả định rằng kết cấu máy sẽ cung cấp vỏ, cách bố trí vòng bi và đường tản nhiệt, và đổi lại công việc đó bằng khối lượng nhỏ nhất cùng chiều dài trục ngắn nhất. Một cơ cấu chấp hành hay bộ đẩy tích hợp giả định điều ngược lại: mọi thứ đã được ghép và làm kín, và công sức kỹ thuật chuyển sang phần mềm cùng phần lắp. Không loại nào tiên tiến hơn; chúng phù hợp với những nhóm làm việc và khối lượng sản xuất khác nhau.

Động cơ mô-men không khung

Nó là gì

Động cơ không khung là một động cơ DC không chổi than được bán thành hai phần - một stato có cuộn dây và một rôto mang nam châm - không có vỏ, không có trục, không có vòng bi và không có nắp đầu. Nhà chế tạo máy cung cấp những thứ đó. Vì động cơ không có bao thể riêng, nó có thể được tích hợp vào khớp như một phần kết cấu, nhờ đó loại bỏ khối lượng và chiều dài của một vỏ, đồng thời cho phép thiết kế cách bố trí vòng bi quanh bài toán động học.

Điều gì quyết định lựa chọn

Bao thể trước tiên: stato phải khớp với đường kính và chiều dài bó lá thép hiện có, và ràng buộc đó loại bỏ nhiều ứng viên hơn cả mô-men. Sau đó là KV theo điện áp bus và tốc độ yêu cầu, rồi mô-men định mức theo chu trình làm việc, rồi mô-men đỉnh theo trường hợp quá độ. Vì vỏ do khách hàng làm, đường tản nhiệt là một biến số thiết kế - cùng một stato giữ được mô-men liên tục nhiều hơn hẳn khi được kẹp vào một khớp nhôm lớn so với khi đặt trong không khí tự do. Phản hồi là ngã rẽ còn lại: cảm biến Hall cho việc chuyển mạch, encoder phía đầu ra cho điều khiển, hoặc cả hai.

Phù hợp ở đâu

Bộ khung trần là lựa chọn mặc định cho mô-đun khớp nơi khối lượng và chiều dài trục là yếu tố cạnh tranh, cho robot hình người và robot bốn chân nơi mỗi gam đều nằm ở đầu một đòn bẩy, và cho Bộ xương ngoài cùng Robot phục hồi chức năng nơi động cơ phải biến mất vào trong cơ cấu. Dải sản phẩm trải từ RI20 KV600 ở 20 g và 0.024 Nm định mức tới RO100 KV55 Standard ở 710 g và 4 Nm định mức, với RO60 KV115 bao quát phần giữa. Toàn bộ logic chọn lựa nằm trong hướng dẫn về động cơ mô-men không khung.

Bộ truyền động robot

Nó là gì

Một cơ cấu chấp hành robot tích hợp gồm động cơ BLDC, hộp giảm tốc hành tinh, vòng bi đầu ra, cảm biến vị trí và bộ điều khiển FOC trong một khối bắt vít. Nhà sản xuất ghép động cơ với hộp giảm tốc và công bố mô-men tại mặt bích đầu ra, nên người mua định thông số cho khớp chứ không phải cho động cơ.

Điều gì quyết định lựa chọn

Tỷ số giảm tốc là quyết định đầu tiên, vì nó đặt cả mô-men đầu ra lẫn tính chất của khớp. Tỷ số thấp như 6:1 và 8:1 thiên về tốc độ, khả năng truyền ngược và độ minh bạch mô-men; tỷ số cao như 64:1 nhân mô-men lên và nói chung làm đầu ra khó truyền ngược hơn, phù hợp với các khớp giữ tải. Trục rỗng quan trọng khi bó dây phải đi xuyên qua khớp - bộ AKH70-48 ghép một tầng 48:1 với đường đi cáp ở mức 74 Nm định mức. Cần xác nhận độ rơ kèm đơn vị, vì điều kiện đo đằng sau các giá trị được ghi không được nêu.

Phù hợp ở đâu

Các mô-đun tích hợp phù hợp với những nhóm muốn dành thời gian kỹ thuật cho điều khiển hơn là cho việc tạo lực căng trước vòng bi - Cánh tay robot cộng tác, chân robot bốn chân, robot bánh xe và AGV. Nhóm này trải từ AK40-10 V3.0 ở 190 g và 1.3 Nm định mức cho tới 74 Nm định mức ở 1396 g, với các tầng từ 6:1 đến 64:1 ở khoảng giữa.

Động cơ UAV

Nó là gì

Động cơ UAV là các bộ đẩy rôto ngoài cho khung bay phải duy trì trên không - máy bay nhiều rôto, nền tảng tải nặng và máy bay VTOL có bộ nâng riêng. Chuông mang chân vịt trực tiếp, nên không có hộp giảm tốc và thông số được viết theo lực đẩy, KV, công suất và khối lượng thay vì mô-men trục.

Điều gì quyết định lựa chọn

Chân vịt và số cell trước tiên: lực đẩy được công bố luôn gắn với một chân vịt và một điện áp cụ thể, và một động cơ được xếp hạng mà thiếu những thông tin đó thì không thể so sánh. Sau đó là KV theo khối pin - KV thấp với chân vịt lớn cho hiệu suất và tải nặng, KV cao với chân vịt nhỏ cho độ phản hồi. Tiếp theo là con số công suất 180 giây, tức khả năng duy trì chứ không phải một con số bùng nổ, và khối lượng, khoản này bị tính hai lần trên một máy bay nhiều rôto vì nó cũng là tải trọng không được mang theo. Cấu hình stato (từ 12N14P đến 36N42P) quan trọng với độ êm và với cách động cơ hành xử ở mức ga một phần.

Phù hợp ở đâu

Nhóm này bao quát khung bay UAV công nghiệp và UAV kiểm tra, máy phun nông nghiệp, chụp ảnh trên không, Drone hạng nặng và Hệ thống động lực máy bay có người lái. Ở đầu nhẹ, MN4006 KV380 cung cấp 380 W ở 68 g; ở đầu cao, U15XXL KV29 và U15 II KV80 mang những khung bay nặng nhiều kilôgam, với P80 III Pin bao quát tải trọng nông nghiệp.

Động cơ drone

Nó là gì

Động cơ drone là đầu nhỏ hơn và nhanh hơn của lĩnh vực đẩy trên không: các bộ FPV và đua chỉ nặng vài chục gam, động cơ cánh cố định và tàu lượn được chế tạo cho một điểm làm việc hiệu quả, và động cơ nâng VTOL mang khung bay nặng hơn trên một đĩa lớn hơn. Giống động cơ UAV, chúng là thiết bị lực đẩy, nhưng các điểm thiết kế cách xa nhau hơn và chu trình làm việc ngắn hơn cùng dữ dội hơn nhiều.

Điều gì quyết định lựa chọn

Ở FPV, các ràng buộc quyết định là độ phản hồi và khối lượng: một T-Hobby F30 Động cơ drone FPV trên một bộ 3 inch và một bộ 33.5 g trên một bộ 5 inch được chọn vì khả năng thay đổi lực đẩy nhanh tới đâu, chứ không vì hiệu suất. KV nằm ở mức cao - 1300 đến 2150 - vì chân vịt nhỏ và khối pin là 4S đến 6S. Cánh cố định và công việc tầm xa nằm ở đầu ngược lại: AT4130 KV230 và F90 KV1300 được chọn cho một điểm hành trình duy trì. Các động cơ nâng VTOL như V505 KV260 nằm giữa hai nhóm, được chọn kích thước cho một trạng thái bay treo mà khung bay phải giữ chứ không phải một trạng thái quá độ.

Phù hợp ở đâu

Drone đua FPV và bay tự do, mô hình cánh cố định, các nền tảng UAV thời gian bay dài và drone VTOL chuyển đổi giữa bay treo và bay tiến. Khi một khung bay nặng, chậm và phải duy trì trên không lâu, nhóm Động cơ UAV thường là điểm khởi đầu phù hợp hơn.

Động cơ gimbal

Nó là gì

Động cơ gimbal là một động cơ BLDC truyền động trực tiếp, KV thấp, đường kính lớn, được chế tạo cho chuyển động êm ở tốc độ rất thấp. Không có hộp giảm tốc: động cơ dẫn động trục trực tiếp, vì bất kỳ độ rơ hay hiện tượng khấc nào trong chuỗi truyền động đều lộ ra thành rung lắc nhìn thấy được trên hình ảnh. Vì vậy các ưu tiên ở đây khác với mọi nhóm khác - mô-men khấc, độ gợn mô-men và độ êm ở tốc độ thấp được đặt trên mật độ mô-men.

Điều gì quyết định lựa chọn

Khối lượng tải trọng và quán tính của trục trước tiên, vì động cơ phải giữ và tăng tốc camera trước trọng lực cùng chuyển động của phương tiện. Sau đó là mô-men cần để giữ tải trọng đó ở cánh tay đòn xấu nhất, đối chiếu với mô-men định mức chứ không phải mô-men đỉnh - một gimbal giữ liên tục, đúng trường hợp mà mô-men định mức mô tả. KV được thiết kế ở mức thấp: 9.3 đến 255 trong cả dải, với GL100 cỡ lớn ở 3 Nm định mức cho tải trọng điện ảnh nặng và GL30 ở 0.08 Nm cho một trục camera nhỏ. Trục rỗng quan trọng vì dây điện phải đi xuyên qua trục.

Phù hợp ở đâu

Hệ thống gimbal trên UAV, thiết bị ổn định cầm tay, giá camera gắn trên xe và mọi ứng dụng mà một cảm biến phải luôn hướng đúng trong khi giá lắp của nó di chuyển. Mẫu tầm trung GL60 KV25 bao quát các ứng dụng một trục ở 0.6 Nm định mức.

Bộ đẩy dưới nước

Nó là gì

Bộ đẩy dưới nước là một khối đẩy không chổi than được làm kín: động cơ, ESC tích hợp, chân vịt có ống dẫn và hệ làm kín chịu áp hoặc bù áp trong cùng một vỏ. Động cơ BLDC bên trong là loại thông thường; mọi thứ xung quanh nó tồn tại để giữ nước ở ngoài và để lực đẩy có thể đảo chiều cùng điều chỉnh theo tỷ lệ.

Điều gì quyết định lựa chọn

Lực đẩy trước tiên, được biểu diễn dưới dạng lực đẩy giữ vị trí tối đa - lực kéo mà bộ đẩy tạo ra ở tốc độ bằng không, đây là con số trung thực để giữ vị trí. Sau đó là bus: 36 V hoặc 48 V trong cả dải, với công suất định mức từ 360 W đến 1315 W. Tiếp theo là cấp độ sâu, đây là điểm mà hai dòng tách khỏi nhau: dòng SW được định mức tới 0-30 m trong khi dòng DW được nêu là 0-350 m, và đơn vị đo như công bố cần được xác nhận với nhà sản xuất trước khi chốt một phương án lặn sâu. Khối lượng và đường kính quyết định thân tàu mang được bao nhiêu bộ.

Phù hợp ở đâu

Bộ đẩy ROV cho kiểm tra và can thiệp, hệ đẩy AUV, và mọi phương tiện dưới biển cần lực đẩy vectơ. Bộ SW7 ở 700 g và 360 W phù hợp với phương tiện kiểm tra nhỏ; bộ DW25 ở 25 kgf và 1315 W là đầu chủ lực, với DW10 bao quát các thân tàu cỡ trung.

Bộ truyền động gần trực tiếp

Nó là gì

Cơ cấu chấp hành truyền động gần trực tiếp là một mô-đun tích hợp có tỷ số giảm tốc được cố ý đặt thấp - 8:1 trong cả nhóm này - nằm giữa một động cơ truyền động trực tiếp và một cơ cấu chấp hành tỷ số cao thông thường. Nó giữ đủ mức giảm tốc để đạt mô-men hữu ích trong khi vẫn bảo toàn độ minh bạch mô-men, điều giúp điều khiển lực khả thi mà không cần cảm biến lực.

Điều gì quyết định lựa chọn

Lý do để chọn QDD là khả năng truyền ngược: tỷ số thấp nói chung cải thiện nó, vì ít ma sát và quán tính bị phản chiếu trở lại qua tầng giảm tốc. Đó là điều cho phép một khớp hấp thụ va đập, được đẩy ngược bằng tay trong quá trình dạy học, và ước lượng lực tiếp xúc từ dòng điện động cơ. Cái giá là mô-men đầu ra trên mỗi đơn vị mô-men động cơ thấp hơn, nên động cơ phải lớn hơn cho cùng một đầu ra - đó là lý do bộ AKE90-8 phải mang 1400 g để đạt 55 Nm định mức, trong khi một cơ cấu chấp hành robot 64:1 đạt mức mô-men tương đương trong một khối nhỏ hơn. Các giá trị độ rơ được ghi trên ToBMS, nhưng điều kiện đo đằng sau chúng không được nêu; hãy xác nhận trước khi dựa vào con số đó.

Phù hợp ở đâu

Robot dạng chân cần tiếp xúc tuân thủ, tay máy thực hiện lắp ráp có điều khiển lực, Bộ xương ngoài và Robot phục hồi chức năng nơi động cơ phải nhường theo người dùng, và các nền tảng nghiên cứu nơi độ minh bạch mô-men quan trọng hơn công suất đỉnh. Bộ AKE60-8 ở 260 g và 5 Nm định mức bao quát các khớp nhẹ; bộ AKE80-8 ở 12 Nm nằm ở khoảng giữa.

Nơi các nhóm chồng lấn

Động cơ không khung, cơ cấu chấp hành tích hợp hay mô-đun QDD

Cả ba đều kết thúc ở một khớp quay, và lựa chọn nằm ở việc ai làm phần tích hợp. Một bộ khung trần cho khối lượng nhỏ nhất và chiều dài trục ngắn nhất nhưng đòi hỏi phải có vỏ, vòng bi và đường tản nhiệt. Một cơ cấu chấp hành robot tích hợp cho một khối kín đã được ghép sẵn cùng bộ điều khiển tương thích, với cái giá là bao thể cố định và khối lượng cao hơn cho cùng mức mô-men. Một mô-đun QDD đánh đổi một phần mật độ mô-men đó để lấy độ minh bạch mô-men và hành vi tuân thủ. Khi hình học khớp còn đang thay đổi, bộ không khung thường là lựa chọn dễ thích ứng hơn; khi hình học đã cố định và tiến độ gấp, một mô-đun tích hợp lại là lựa chọn phù hợp.

Động cơ UAV hay động cơ drone

Hai nhóm trên không chồng lấn một cách có chủ đích: cả hai đều là động cơ đẩy rôto ngoài, và một chiếc quad công nghiệp nhẹ hoàn toàn có thể dùng loại nào cũng được. Khác biệt thực tế nằm ở nhiệm vụ và hạng khung bay. Động cơ UAV được ghi nhận theo công suất duy trì, đĩa lớn hơn và khung bay nặng nhiều kilôgam; Động cơ drone bao quát công việc FPV, cánh cố định và VTOL, nơi điểm làm việc là một đợt bùng nổ hoặc một hành trình chứ không phải một trạng thái bay treo dài. Nếu bảng thông số được đọc để tìm con số công suất 180 giây và ngân sách khối lượng trên mỗi rôto, hãy bắt đầu ở nhóm UAV; nếu được đọc để tìm độ phản hồi ga và cỡ chân vịt, hãy bắt đầu ở nhóm drone.

Động cơ gimbal và tất cả các nhóm còn lại

Động cơ gimbal khác với mọi nhóm còn lại ở chỗ độ êm được đặt trên mật độ, đó là lý do các giá trị KV của chúng thấp và đường kính lớn. Thay bằng một động cơ đẩy chỉ vì con số mô-men có vẻ đủ sẽ tạo ra một trục bị khấc và giật ở tốc độ thấp. Việc thay theo chiều ngược lại cũng không thành công: một động cơ gimbal không có dải tốc độ lẫn thiết kế nhiệt dành cho việc đẩy.

Bộ đẩy: cùng một động cơ, một môi trường khác

Một bộ đẩy dưới nước chứa một động cơ DC không chổi than thông thường. Điều khiến nó thành một nhóm riêng là mọi thứ phía sau trục: hệ làm kín, khả năng chịu áp, chân vịt có ống dẫn, truyền động hai chiều đảo chiều được và khả năng chống ăn mòn. Quy ước thông số cũng thay đổi theo - lực đẩy tính bằng kgf thay vì mô-men tính bằng Nm - và mọi so sánh với một động cơ trên không đều phải đi qua chân vịt cùng chất lưu, chứ không phải qua động cơ.

Danh sách kiểm tra khi chọn

Hãy thực hiện theo thứ tự. Mỗi bước loại bỏ những ứng viên mà việc đọc thông số nhiều đến đâu cũng không cứu lại được.

Tải và nhiệm vụ

1. Xác định đầu ra: mô-men trục tính bằng Nm, hay lực đẩy tính bằng kgf ở một chân vịt cùng một điện áp được nêu tên. Chỉ riêng điều này đã chọn ra nhóm sản phẩm.
2. Tách trường hợp liên tục khỏi trường hợp quá độ, chọn kích thước mô-men định mức theo trường hợp thứ nhất và mô-men đỉnh theo trường hợp thứ hai - cần nhớ rằng mô-men đỉnh bị chặn bởi nhiệt độ cùng dòng điện của bộ điều khiển, chứ không bởi một giới hạn cơ học.
3. Kiểm tra chu trình làm việc theo điều kiện nhiệt của nhà sản xuất, không theo con số công suất ở tiêu đề.
4. Xác nhận liệu khớp hay trục có phải giữ mô-men ở tốc độ bằng không hay không; nếu có, hãy tính đến cảm biến và một bộ điều khiển đọc được các cảm biến đó.

Cơ khí và tích hợp

1. Chốt bao thể - đường kính, chiều dài bó lá thép hay không gian trong thân tàu - trước khi so sánh mô-men.
2. Quyết định ai cung cấp vỏ, vòng bi, trục và đường tản nhiệt. Nếu câu trả lời là "phía thiết kế tự làm" thì một bộ khung trần nằm trong phạm vi xem xét; nếu là "nhà cung cấp làm" thì đó là một mô-đun tích hợp.
3. Chọn tỷ số giảm tốc theo hành vi mong muốn, không chỉ theo mô-men: tỷ số cao để giữ tải, tỷ số thấp để có khả năng truyền ngược cùng độ minh bạch lực.
4. Yêu cầu cung cấp độ rơ kèm đơn vị, và xác nhận với bảng dữ liệu trước khi coi đó là một đầu vào thiết kế.

Điện tử và điều khiển

1. Chốt điện áp bus trước, sau đó chọn KV sao cho tốc độ yêu cầu nằm trong dải điện áp đó chứ không vượt ra ngoài.
2. Kiểm tra dòng liên tục và dòng đỉnh của bộ điều khiển so với mô-men yêu cầu, và xác nhận giao diện chuyển mạch - Hall, encoder hay không cảm biến - khớp với nhu cầu của biên dạng chuyển động.
3. Xác nhận chế độ điều khiển có sẵn trên bộ điều khiển: điều khiển mô-men là một yêu cầu bắt buộc với các khớp tuân thủ cùng việc ước lượng lực, không phải một tiện ích thêm.
4. Kiểm chứng các con số công bố của nhà cung cấp trên bảng dữ liệu hiện hành trước khi chốt thiết kế; các bản ghi cho những đại lượng như độ rơ không phải lúc nào cũng nêu điều kiện đo.

Câu hỏi thường gặp

Tài nguyên chính thức

Tài liệu của nhà sản xuất vẫn là nguồn chuẩn xác cho các quy ước mô-men, định mức nhiệt, đơn vị độ rơ và firmware hiện hành. CubeMars công bố các dải động cơ không khung, cơ cấu chấp hành và bộ đẩy tại cubemars.com, và T-Motor công bố các dải động cơ UAV, drone cùng hệ đẩy tại tmotor.com. ToBMS giữ lớp khám phá sản phẩm ở dạng có thể tìm kiếm và so sánh trên cả hai.

Bước tiếp theo

Hãy bắt đầu từ nhóm khớp với công việc cơ khí, rồi thu hẹp trong nhóm đó. Toàn bộ dải sản phẩm - mọi mẫu và thông số đặt cạnh nhau - nằm ở Sản phẩm; mỗi nhóm trong bảy nhóm có trang riêng: Động cơ mô-men xoắn không vỏ, Bộ truyền động robot, Động cơ UAV, Động cơ drone, Động cơ gimbal, Bộ đẩy dưới nước và Bộ truyền động gần trực tiếp. Lọc các ứng viên theo mô-men, điện áp và khối lượng trong Chọn, rồi đặt những mẫu vào chung kết cạnh nhau trong So sánh sản phẩm.

Mỗi nhóm còn có một hướng dẫn riêng đi sâu hơn phần tổng quan này: Động cơ mô-men xoắn không vỏ: chọn bộ stator và rotor cho khớp robot, bộ truyền động robot, động cơ UAV, động cơ drone, động cơ gimbal, bộ đẩy dưới nước và bộ truyền động gần trực tiếp. Với các ứng dụng thay vì các nhóm, các trang robot hình người, robot bốn chân, ROV và gimbal liệt kê những động cơ đã được ghép sẵn cho các nhiệm vụ đó. Và toàn bộ dải động cơ DC không chổi than trên ToBMS chỉ cách trang chủ một cú nhấp. Ngoài các hướng dẫn theo nhóm đó, đầu có người lái của động cơ UAV và drone có phần so sánh riêng. Hệ thống động lực máy bay có người lái: ba động cơ T-Motor U15 đặt U15 II, U15XL và U15XXL cạnh nhau.

Bản tóm gọn: chọn nhóm theo công việc cơ khí, chốt bao thể, chọn KV từ điện áp bus cùng tốc độ yêu cầu, chọn kích thước mô-men định mức theo chu trình làm việc và mô-men đỉnh theo trường hợp quá độ, và quyết định sớm liệu khớp có cần giữ mô-men ở tốc độ bằng không hay không. Mọi thứ còn lại trong bộ thông số của một động cơ BLDC đều suy ra từ năm điểm đó.