#КомпонентыГайд

Моторы для FPV и авиамоделей: что значат KV и размер статора

Как читать маркировку бесколлекторного мотора: что такое KV и размер статора 2207, как подобрать KV под 4S и 6S, чем инраннер отличается от аутраннера и что значат CW и CCW.

Колокол бесколлекторного мотора 2205 с магнитами на внутренней стенке
Фото: Mika Baumeister / Unsplash

Бесколлекторный мотор описывают два числа: размер статора и KV. В маркировке «2207 1950KV» первая пара цифр означает диаметр статора в миллиметрах (22), вторая означает его высоту (7). KV показывает, сколько оборотов в минуту мотор делает на каждый вольт напряжения без нагрузки. Размер определяет, какой момент мотор способен выдать и как он греется. KV подбирают под напряжение аккумулятора и размер пропеллера. Дальше подробности и таблицы.

Как читать маркировку мотора 2207 1950KV22 — диаметр статора в миллиметрах, 07 — высота статора в миллиметрах, 1950KV — обороты в минуту на один вольт без нагрузки. На полностью заряженном 6S-аккумуляторе (25,2 В) это около 49 000 об/мин без пропеллера.2207 1950KV22диаметр статора,мм07высота статора,мм1950KVоб/мин на 1 Вбез нагрузки1950 × 25,2 В (6S, полный заряд) ≈ 49 000 об/минпод нагрузкой пропеллера заметно меньше
Размер статора и KV в маркировке мотора

Что такое KV

KV называют константой скорости. Это обороты в минуту на каждый вольт, измеренные без пропеллера. Никаких киловольт. Обороты без нагрузки считаются умножением:

обороты ≈ KV × напряжение

Мотор 2300KV на полностью заряженном 3S (12,6 В) раскрутится примерно до 29 000 об/мин. Мотор 1950KV на 6S (25,2 В) выйдет почти на 49 000. С пропеллером обороты ниже: винт нагружает мотор, и часть напряжения уходит на преодоление сопротивления обмоток.

KV задаётся числом витков обмотки и силой магнитов. Чем меньше витков, тем выше KV и тем больший ток мотор потребляет на тех же оборотах. Отсюда живучий миф, будто низкий KV означает мощный мотор. Это не так. Мотор с низким KV даёт больше момента на каждый ампер, но предельный момент, который он способен выдать, определяется размером статора и ротора. Два мотора одного размера с разным KV при правильно подобранном напряжении и пропеллере выдают похожую мощность. Разница в том, при каком токе и напряжении они это делают.

Для тех, кто любит формулы: момент на ампер (Kt) и KV связаны обратно, Kt ≈ 9,55 / KV в Н·м/А. Мотор 1950KV даёт около 0,0049 Н·м на ампер, у мотора 1300KV выходит около 0,0073 Н·м. Чтобы раскрутить тот же пропеллер, мотору с высоким KV нужен больший ток, а ток греет обмотки, регулятор и провода.

Цифра на упаковке приблизительная. Стенд обычно показывает на несколько процентов меньше.

Как подобрать KV под аккумулятор

Правило простое: чем выше напряжение, тем ниже KV. На аккумуляторе 6S мотор с тем же KV крутится в полтора раза быстрее, чем на 4S, поэтому для 6S берут моторы с меньшим KV. Ориентиры для FPV-дронов на 4S:

Рама Пропеллер Мотор KV на 4S
до 150 мм до 3" 1105–1306 от 3000
180 мм 4" 1806, 2204 2600–3000
210 мм 5" 2205–2208, 2305–2306 2300–2600
250 мм 6" 2206–2208, 2306 2000–2300
350 мм 7" 2506–2508 1200–1600
450 мм 8" и больше 26xx и больше до 1200

Пятидюймовый фристайл на 6S обычно собирают на моторах 1600–2100KV, семидюймовый лонг-рейндж на том же 6S летает примерно на 1300KV. Почему современные сборки ушли с 4S на 6S? Чтобы получить ту же мощность, мотору на высоком напряжении нужен меньший ток, а с ним уменьшаются потери в проводах и регуляторе.

Сомневаетесь между двумя KV? Берите меньший. Мотор с недостающим KV просто летает спокойнее. Мотор с избыточным KV тянет лишний ток, нагревается и вместе с регулятором может сгореть на долгом полном газе.

Что даёт размер статора

Статор бесколлекторного мотора с медными обмотками
Статор: железный сердечник с медными обмотками. Его диаметр и высоту и указывают в маркировке · Фото: Mika Baumeister / Unsplash

Статором называют неподвижную часть мотора, на которой намотаны катушки. Чем больше его объём, тем больше момента мотор выдаёт и тем быстрее раскручивает тяжёлый пропеллер. Объём считается как у цилиндра: π × радиус² × высота. У 2207 получается около 2660 мм³, у 2306 около 2490. Поэтому 2207 немного сильнее, хотя цифры в названии похожи.

Форма тоже имеет значение. Широкий низкий статор лучше охлаждается и держит момент на малых оборотах. Узкий высокий легче раскручивается до высоких оборотов. Гоночные и фристайл-моторы обычно в три-четыре раза шире своей высоты. У моторов для синевупов статор ещё площе: ширина в четыре-шесть раз больше высоты.

Маркировку не все производители понимают одинаково. Чаще всего четыре цифры относятся к статору, но некоторые компании указывают внешний диаметр и высоту всего мотора, особенно у моторов для самолётов. Сравнивая моторы разных брендов, смотрите таблицу размеров, а не только название.

Тяга и вес

Мотор подбирают под массу дрона. Общая максимальная тяга всех моторов должна быть хотя бы вдвое больше взлётной массы, иначе дрон с трудом держит высоту. Ориентиры по задачам:

Задача Тяговооружённость
минимум для полёта 2:1
съёмка, синевуп от 3:1, лучше 4:1
фристайл от 5:1
гонки 10:1–14:1

Тягу конкретной пары «мотор + пропеллер» смотрите в таблицах производителя: в них указаны ток, тяга и КПД на разных уровнях газа. Цифры получены на стенде, но для сравнения моторов между собой их хватает.

Полюса и маркировка 12N14P

FPV-дрон крупным планом: моторы, регулятор и полётный контроллер
Собранный FPV-дрон: четыре мотора управляются регулятором по командам полётного контроллера · Фото: Bruno Panettiere / Unsplash

Запись «12N14P» значит 12 катушек на статоре (N) и 14 магнитов в колоколе (P). Такая схема стоит в большинстве моторов 22xx и 23xx. Число катушек у трёхфазного мотора всегда кратно трём, а магниты идут парами.

Число полюсов пригодится при настройке Betaflight: RPM-фильтр получает обороты от регулятора по двунаправленному DShot и пересчитывает их с учётом числа магнитов. По умолчанию стоит 14. Если у мотора другая схема, например у маленьких моторов для вупов, пересчитайте магниты и поменяйте значение, иначе фильтр будет вырезать шум не на тех частотах.

Инраннер и аутраннер

У аутраннера вращается внешний колокол с магнитами, а статор с обмотками закреплён внутри. Магниты далеко от оси. Плечо большое, поэтому мотор даёт много момента на средних оборотах и может крутить пропеллер напрямую, без редуктора. Все моторы FPV-дронов и большинство моторов паркфлаеров — аутраннеры.

У инраннера всё наоборот: вращается ротор внутри, обмотки снаружи прилегают к корпусу. Такой мотор раскручивается до очень высоких оборотов, но даёт меньше момента на ампер. Поэтому инраннеры ставят там, где нужны обороты: в импеллеры (EDF) реактивных моделей, в автомодели и катера, часто через редуктор. Обмотки касаются корпуса, тепло отводится легче, а на корпус можно надеть радиатор или водяную рубашку охлаждения.

У автомоделей своя маркировка. Размер корпуса обозначают кодом 540 или 550 (это не длина в миллиметрах: 550 просто длиннее 540), а у сенсорных моторов для трассовых моделей вместо KV часто пишут число витков: 17,5T, 13,5T. Меньше витков — быстрее мотор. Точной формулы перевода витков в KV нет: она зависит от конкретной модели мотора.

CW и CCW

Буквы CW (по часовой стрелке) и CCW (против часовой) на моторе обычно относятся к резьбе вала и гайки пропеллера. Резьбу подбирают так, чтобы гайка затягивалась от вращения, а не откручивалась. Четыре мотора квадрокоптера крутятся попарно в разные стороны, поэтому в комплекте бывают моторы с обеими резьбами.

У многих современных FPV-моторов деления на CW и CCW нет: гайки с нейлоновой вставкой держат и без самозатягивания, а направление вращения меняется в настройках регулятора. Перед первым запуском проверьте направление каждого мотора в конфигураторе без пропеллеров и поставьте пропеллеры так, чтобы передняя кромка лопасти шла вперёд по ходу вращения.

Посадка и вал

  • Моторы 22xx–24xx крепятся четырьмя винтами M3 по схеме 16×16 или 16×19 мм. Винт берут длиной в толщину луча плюс 2 мм. Слишком длинный винт упрётся в обмотки и повредит их.
  • Для пропеллеров 3–6 дюймов стандартный вал M5. У маленьких моторов вал 1,5 или 2 мм, пропеллер садится на него с натягом или крепится винтами.
  • После краша проверьте, не погнут ли вал: мотор с кривым валом вибрирует и шумит, а вибрация мешает полётному контроллеру.

Нагрев и обслуживание

После обычного полёта мотор тёплый. Не горячий. Если колокол обжигает пальцы, значит пара «мотор + пропеллер + напряжение» подобрана с перегрузкой или фильтры в прошивке настроены неверно. Перегрев плавит лак на обмотках, и мотор сгорает, обычно вместе с регулятором.

С песком хуже. После посадки в поле он вместе с травой забивается в зазор между колоколом и статором. Мотор продувают и проверяют на шуршание, прокрутив рукой. Сухой хруст подсказывает, что пора менять подшипники: это дешевле нового мотора, хотя для 5-дюймовых моторов чаще просто покупают запасной.

Что запомнить

Порядок простой. Сначала размер рамы и пропеллера, потом размер статора по таблице выше, затем KV под напряжение аккумулятора, и в конце сверка тяги с массой дрона по таблице производителя. Если это первая сборка, возьмите популярную связку из готовых конфигураций: 2207 около 1950KV на 6S для пятидюймового фристайла. Как устроен FPV-дрон целиком и зачем ему каждый компонент, мы разбирали в статье «Что такое FPV-дрон». Моторы для самолётов подбираются по тем же правилам, только вместо тяговооружённости коптера считают тягу и скорость под крыло: с чего начать в авиамоделях, рассказано в материале о паркфлаерах.

Источники

Частые вопросы

Что лучше для 5-дюймового дрона: 2207 или 2306?

Оба размера летают хорошо. У 2207 статор чуть больше по объёму (около 2660 мм³ против 2490 мм³), поэтому он даёт больше момента и подходит для тяжёлого фристайла. 2306 немного легче и резче отзывается на газ. Разница меньше, чем между удачным и неудачным пропеллером.

Можно ли поставить мотор на 4S на дрон с аккумулятором 6S?

Мотор с KV под 4S (2300–2800KV) на 6S раскрутится примерно в полтора раза быстрее, потребует гораздо больший ток и перегреется вместе с регулятором. Переходя на 6S, меняйте моторы на версию с KV около 1700–1950 или ставьте пропеллер меньшего шага и следите за температурой.

Сколько полюсов указывать в Betaflight?

Число магнитов в колоколе. У большинства моторов 22xx–23xx схема 12N14P, то есть 14 магнитов, и это значение по умолчанию в Betaflight. Если у мотора другая схема, пересчитайте магниты, иначе RPM-фильтр будет работать с неверными оборотами.

Термины в статье

Читайте также