هناك نوعان شائعان من محركات الدرونات الكهربائية، النوع الأول هو Brushed والثاني هو ال Brushless وحقيقة لم اجد ترجمة مناسبة لهذين المصطلحين لكن سأوضح الفرق بينهما.
كيف تعمل هذه المحركات؟
تعتمد المحركات الكهربائية على تحويل الطاقة الكهربائية الى طاقة مغناطيسية عن طريق ملفات معدنية موجودة بداخل المحرك. وبسبب وجود قطع مغناطيس مقابل تلك الملفات فان قوى التجاذب والتنافر تسبب حركة المحرك وبالتالي تتحول القوة المغناطيسية الى قوة حركية ميكانيكية.
واضح في الصورة أدناه محرك مفكك وتشاهد هنا الملفات الكهرومغناطيسية داخل أحد المحركات وكذلك قطع المغناطيس.
مالفرق بين نوعي المحرك ال Brushed و ال Brushless ؟
في الصورة اعلاه عرضنا محرك من نوع ال Brushless وهنا صورة لمحرك ال Brushed :
هذه هي الفروق بين نوعي المحركات:
- محركات ال Brushed تكون عادة اقل سعراً
- محركات ال Brushed عزمها اقوى في السرعات المنخفضة من محركات ال Brushless
- محركات ال Brushless تسارعها اعلى لان الكتلة المتحركة اقل ولانخفاض مستوى الاحتكاك فيها.
- في محركات ال Brushless يكون الجزء المتحرك هو الجزء الذي يحتوي على قطع مغناطيسية. أما في محركات ال Brushed فان الجزء المتحرك هو الملفات نفسها.
- في محركات ال Brushless الاسلاك موصلة دائما بالملفات أما في محركات ال Brushed فان الاسلاك موصلة عن طريق حلقة ميكانيكية تسمى (Commutator) تساعد على عكس اتجاه التيار أثناء الدوران وفرشاة (brush) ونسبة لهذه القطعة تم تسمية المحرك ب Brushed.
- محركات ال Brushed ابسط من الناحية الكهربائية لانه يمكن توصيلها بالتيار الكهربائي مباشرة فآلية عملها متكاملة أما محركات ال Brushless فتحتاج الى منظم سرعة (ESC) لكي يقوم بعملية عكس وتعديل اتجاه التيار بشكل كهربائي بالاضافة لوظيفته الأخرى وهي التحكم بالسرعة.
- محركات ال Brushless عمرها اطول لان تصميمها الميكانيكي ابسط. محركات ال Brushed فيها احتكاك عالي بسبب تصميم الجزء الميكانيكي المسؤول عن تبديل اتجاه التيار وبالتالي معرضة للتآكل والتلف بشكل اكبر
تستخدم محركات ال Brushed في التطبيقات التي تحتاج عزم قوي وغالبا تكون في الاجهزة المنزلية او الروبوتات واغلب قطع السيارات والمركبات المختلفة وتستخدم في المعدات الثقيلة والمصانع والمعامل.
اما محركات ال Brushless فتستخدم في التطبيقات التي تحتاج سرعة اعلى وعزم اقل مثل المراوح في الدرونات او المنفاخ. كذلك لها تطبيقات كثيرة عندما يحتاج الجهاز ان يكون ذو صوت هادئ لانخفاض الاحتكاك فيها. كذلك تستخدم في المعدات الفضائية لانها اقل حاجة للصيانة. واخيرا تستخدم في التطبيقات الحساسة للحريق لان محرك ال Brushed قد ينتج شرار بسبب تصميمه الميكانيكي (commutator).
والمحركات الكهربائية تأتي على نوعان من حيث طريقة حركة اجزائها:
- نوع ال Out-runner: في هذا النوع يكون الجزء الخارجي هو المتحرك مثل محركات الدرون ويتميز هذا النوع بعزم اعلى ولكن يحتاج الى تبريد وسط المحرك عن طريق الفتحات.
- نوع ال In-runner : في هذا النوع يكون الجزء الداخلي هو المتحرك مثل محركات القوارب المائية الكهربائية ويتميز هذا النوع بسرعات اعلى وبان الجزء الساخن ملاصق للعلبة الخارجية وبالتالي يمكن تبريده من الخارج.
كيف نقيس هذه المحركات؟
يقاس كل نوع من هذه المحركات بطريقة مختلفة، فمحركات ال Brushless تقاس بقطر حلقة الملفات الكهرومغناطيسية وارتفاعها كما هو موضح في الصورة. فاذا قرأنا ان مقاس المحرك هو ٢٢٠٦ فهذا يعني ان قطر حلقة الملفات هو ٢٢ ملم وارتفاعه ٦ ملم.
اما محركات ال Brushed فتقاس من علبتها الخارجية فمثلا اذا قرأنا ان مقاس المحرك هو ٠٦١٥ فهذا معناه ان قطر العلبة هو ٦ ملم وارتفاعه هو ١٥ ملم؟
ماهي اهمية قياس المحركات؟
مهم جدا ان نعرف اهمية قياسات المحرك لأن ذلك يؤثر بشكل مباشر في اختيار المحرك. فكلما زاد قطر المحرك زاد عزمه وبالتالي يستطيع تحريك مروحة أكبر أو عدد شفرات اكثر أو زاوية اعلى لشرائح المروحة.
اما طول المحرك فيزيد من كفاءة المحرك في السرعات العالية وبالتالي توفير البطارية ومدة الطيران.
اما زيادة الطول والعرض فرغم انها تعطيك مزايا كثيرة الا انها تزيد من وزن المحرك كثيراً لذلك من الافضل موازنة هذه العوامل بحيث نركز على نوع الطيران المطلوب هل هو لتوفير الطاقة (مثل درونات التصوير) ام لزيادة العزم (مثل درونات السباق)
لو اخذنا على سبيل المثال محرك ٢٣٠٦ و ٢٢٠٧ لوجدنا ان دقة التحكم والاستجابة في محركات ٢٣٠٦ اعلى في اول ثلث من مدى ال Throttle اما في محركات ٢٢٠٧ فتكون دقة التحكم والاستجابة اعلى في آخر ثلث من مدى ال Throttle. فلو وضعنا ٢ درون على خط مستقيم بهذين المحركين فان الدرون ذو المحرك ٢٣٠٦ سيتسارع اكثر في بداية المسافة لكن بمجرد زيادة السرعة سيتسارع المحرك ٢٢٠٧ بشكل اكبر. فالاستمرار بالحركة بخط مستقيم من صالح المحرك ٢٢٠٧ اما الحركة بشكل ملتوي عنيف فهو من صالح محرك ٢٣٠٦.
ماذا عن معامل السرعة ال kV ؟
معامل السرعة او مايسمى ال kV هو رقم مهم جدا اذ يحدد سرعة دوران المحرك بدون مقاومة الهواء. وهذا يحتسب بعدد دورات المحرك في كل دقيقة لكل فولت.
فاذا كان ال kV للمحرك هو ٤٥٠٠ فهذا يعني ان سرعة دوران المحرك هي ٤٥٠٠ دورة في الدقيقة لكل فولت.
الآن لنفترض ان المحرك متوافق مع بطاريات ذات ال ٣ خلايا وكذلك مع بطاريات ذات ال ٤ خلايا. فكم ستكون سرعة المحرك؟
في حالة البطارية ذات ال ٣ خلايا ستكون السرعة كالتالي:
السرعة = الجهد بالفولت × قيمة ال kV
السرعة = عدد الخلايا × جهد الخلية × قيمة ال kV
السرعة = ٣ × ٤.٢ × ٤٥٠٠
السرعة = ٥٦٧٠٠ دورة في الدقيقة.
وفي حالة البطارية ذات ال ٤ خلايا:
السرعة = الجهد بالفولت × قيمة ال kV
السرعة = عدد الخلايا × جهد الخلية × قيمة ال kV
السرعة = ٤ × ٤.٢ × ٤٥٠٠
السرعة = ٧٥٦٠٠ دورة في الدقيقة.
ليتبين لنا مما سبق ان سرعة دوران المحرك تتاثر مباشرة ب عدد الخلايا ومعامل السرعة.
عوامل اخرى
ليست قياسات المحرك والجهد ومعامل السرعة هي العوامل المؤثرة الوحيدة في اداء المحرك. فيمكنك ان تشتري محركان تشترك فيهم هذه العوامل ولكن يتفوق احدها على الاخر بسبب العوامل التالية:
- المادة المستخدمة في قطع المغناطيس
- شكل قطع المغناطيس عل هي مسطحة ام مقوسة
- مسافة المغناطيس من الملفات
- عدد الملفات وعدد قطع المغناطيس
- عدد طبقات قلب الملفات
- نوعية حلقة ال Bearing ومعامل احتكاكها
- وزن ومواد المحرك
سنتكلم مستقبلا في موضوع منفصل عن طريقة اختيار المحرك والمراوح.
تحياتي.
مصدر الصور:
الموسوعة العربية للاف بي في 