コアレスモーター用ドローンフレーム

簡単な回答

コアレスモーターはドローンフレームの取り付け形状を変更します。鉄心がないため、巻線が外側のステーターカップを包み込むため、モーターの外径は大きくなり、軸方向の長さは小さくなります。従来のコア巻線モーター用に構築されたフレームはステーターを物理的に受け入れることができますが、空気の流れのための半径方向のスペースが少なすぎるため、巻線パッケージは放出できない熱を吸収します。多くのビルドでは、これによりモーターの寿命が著しく短くなります。フレームを作成する前に、ステーターの外径、ボルトの円のパターン、および巻線パッケージに必要な最小ラジアルクリアランスを確認してください。フレームは単なるハウジングではありません。それは熱と振動システムの一部です。

「フレームは航空機を支えます。しかし、フレームは機体の寿命も決定します。」

あなたが選んだのは、コアレスモーターよりスムーズな低速応答、より低いコギングトルク、より緊密なパッケージを実現します。しかし、純正フレームに装着した瞬間、アライメントが変化します。ステーターの外側の形状は元のボルトのパターンと一致しなくなり、鉄心モーターに機能していた熱経路には熱を逃がす場所がなくなりました。ドローンが飛びます。しばらくの間。その後、巻線が熱くなり、フライトコントローラーがドリフトし、あなたはベンチに戻ります。

コアレスモーターがフレームジオメトリをどのように変更するか

従来の BLDC モーターには、固定ステーターの内側に固体鉄製のローターがあります。フレームのモーター マウントはステーターの外側本体の周囲にサイズ設定されており、ローターの軸が推力ラインを定義します。鉄心を取り外すと、形状が反転します。巻線は外側に配置され、ステーター カップの周りに巻き付けられます。スラストラインは同じままですが、取り付け面の直径が増加し、通常、軸方向の長さが減少します。

これにより、コア巻きビルドとは明らかに対照的な 2 つの問題が生じます。まず、ステーター カップの幅が古い鉄心ハウジングよりも広いため、取り付けプレートに詰まったり、隣接するコンポーネントに接触したりする可能性があります。第二に、質量分布が外側にシフトし、重心が推力軸から遠ざかります。クアッドコプターでは、小さな CG オフセットでもフライト コントローラーの補正方法が変化するため、パイロットはホバリング中の微妙なヨー ドリフトとしてそれを認識します。

28 mm のステーターを許容するフレームは、たとえシャフト直径が同じであっても、33 mm のステーター カップを許容できない場合があります。単にモーターを交換するだけではありません。構造荷重パスを変更しています。

取り付け、クリアランス、熱経路

これは、ほとんどのビルドが静かに失敗する場所です。モーターが取り付けられ、プロペラが回転し、初飛行は順調に見えます。しかし、固定子巻線は熱を発生します。コアレス設計では、大きな熱質量に伝導する鉄心がありません。熱は巻線パッケージから直接放射および対流する必要があります。フレームの取り付けプレートがステーターの外面の大部分を覆うと、空気の流れが制限され、スロットルを継続するたびに巻線の温度が上昇します。

これを、鉄心がヒートシンクとして機能し、エネルギーを横方向に拡散するコア巻線モーターと比較してください。熱の問題が分散されるため、フレームをより密閉することができます。コアレスモーターでは、代わりにフレームが半径方向のギャップを残すか、ステーターカップの周囲に熱チャネルを切断する必要があります。

実際的なルール: ステーターの外径を測定し、自然対流のためにすべての側面に少なくとも 4 ～ 6 mm の半径方向のスペースを確保します。フレームがそれを提供できない場合は、ヒートシンク リングを追加するか、取り付けプレートを再設計してください。キロパワー サーボの応募案内コアレスモーター統合では、最初の持続スロットルテストの後ではなく、前にクリアランスを確認することをお勧めします。

ご注文前にご確認ください仕様

フレームをカットしたり、加工済みのプレートを注文したりする前に、このリストをよく読んでください。これは設計エンジニアが使用するものと同じシーケンスであり、再構築を節約できます。

1. ステータ外径とシャフト径

2. ボルト円パターン: 穴数、ピッチ円直径、穴サイズ

3. マウント面からプロペラハブまでのモーター全長

4. 巻線温度クラスと最大連続電流

5. フレーム材質と熱伝導率（アルミ6061、カーボンファイバー、POM等）

6. ステーター外径と最も近いフレーム壁の間の最小半径方向クリアランス

フレームがカーボンファイバー チューブ アセンブリの場合、クリアランス要件は同じですが、周囲の構造は金属プレートのように熱を拡散しません。ステーターはほぼ完全に自由対流に依存する必要があります。

ビルドを完成させる前の実践的な質問

新しい穴を開けて、コアレスモーターを備えた標準のドローンフレームを使用できますか?

多くの場合、その通りですが、それは新しいボルト円がステーターの取り付けラグと一致し、その結果生じるパターンがプレートを耐荷重以下に弱めない場合に限ります。プレートの内側の切り欠きに対してステーターの外径を確認し、最大の穴と端の間に少なくとも 2 mm の材料を確保してください。

フレームの素材は私が思っている以上に重要ですか？

それは重要です。金属フレームはステーターから熱を伝導して逃がしますが、熱橋が形成されて近くの電子機器を温めてしまう可能性もあります。カーボンファイバーまたはプラスチックのフレームはモーターを絶縁しますが、ヒートシンクはありません。最も軽いオプションだけでなく、熱バジェットに合った素材を選択してください。

私の許可が十分であるかどうかはどうすればわかりますか?

静止空気中でモーターを定格連続電流で 10 分間運転します。 IR ガンを使用してステーター表面を測定します。測定値が巻線の温度クラス - 15 °C を超えている場合は、ラジアルクリアランスを増やすか、デューティサイクルを減らしてください。

特定のステーター パッケージ用のカスタム フレームが必要な場合はどうすればよいですか?

モーターの寸法図、ステーター外径、ボルト円パターンを CNC ショップまたはフレーム メーカーに送信してください。必要なラジアルクリアランスを明示的に記載します。機械工がそれを追加するとは考えないでください。

フレームをアプリケーションに合わせる

「優れた設計とは、問題がないことではありません。適切な制約が存在することです。」

右側のフレームはモーターを熱的に拘束し、振動を防止し、質量中心を推力軸上に保ちます。のためにモーションコントロールアプリケーションドローンがセンサーやペイロードを搭載している場合、フレームの役割は拡大します。また、モーターの小さな振動をペイロード マウントから隔離する必要もあります。モーターマウントとフレーム本体の間にある 2 段階の絶縁プレートにより、単一のリジッドマウントが伝達する共振を防ぐことができます。

まだジオメトリや熱の計算を行っている場合は、モーターのデータシートと照らし合わせてフレーム図面を簡単にエンジニアリング レビューすることで、最初の飛行前にほとんどの問題を発見できます。キロパワー サーボフィットチェックプロセスを実行して、現在のフレームに修正や再設計が必要かどうかを確認できます。図面、モーター仕様書、および連続スロットル プロファイルに関するメモを送信します。レビューには 1 ～ 2 日かかり、再構築が保存されます。