Sabit ve Döner Kanatlı İHA’larda Kullanılan Fırçasız Motorlar

Fırçasız motor teknolojileri 1960 katı hal teknolojisindeki gelişmelerin hemen ardından 1962’de ilk fırçasız DC motor icadını gerçekleştirdi. TG. Wilson ve PH. Trickey “katı hal değiştirmeli DC makinesi” olarak adlandırdı. Fırçasız motorun temel en temel unsuru, fiziksel bir komütatör gerektirmemesi ve bu da onu bilgisayar disk sürücüleri, robotik ve uçaklar,RC uçaklar,Dronlar için en popüler ve kolay ulaşılabilir bir seçenek haline getirmesidir. RC Fırçasız motor kullanıcıları gün geçtikce yükselen bir ivme ile artmaktadır. Bu yazımızda kullanıcıların neden fırçasız motorları tercih ettiğini ve Fırçasız motorların yapısı üzerinde duracağız.

RC Fırçasız Motor Çalışma Prensibi Nedir?

Öncellikle fırçasız motorlar yüksek akım çektikleri için ESC’ye bağlıdır kısaca ESC‘lere motorun kan ünitesi diyebiliriz(ESC çalışma prensibi yazımızı okuyabilirsiniz.) . Fırçasız motorlar 4 temel bileşenden oluşur. Rulman, Şaft, Stator ve rotor. Biz drone ve model uçaklarda kullanılan outrunner model fırçasız motorların çalışma prensibine değineceğiz.

Stator outrunner fırçasız motorların üzerinde sabit şekilde olan bobin tellerinin sarılı olduğu en önemli parçadır. Öteki parça ise rotordur,Rotor adından da anlaşıldığı gibi fırçasız motorun dönen kısımdır. Üzerinde sıralı halde bulunan neodyum mıknatıslar bulunur. Rotorun üzerindeki mıknatıslar sayesinde statorun üzerinde bulunan sarılı bobin teller aracılığı ile stator ve bobin arasında bir manyetik alan meydana gelir.(statator ve rotor arasındaki mesafe azaldıkça manyetik alan artar. Bu olay fırçasız motordaki verimi artırır. Birçok kaliteli marka bu mesafenin düşük olmasına ve herhangi bir darbe durumunda tüm stator ve rotor arasındaki mesafenin bozulmaması için darbelere karşı dayanıklı üretim yapmaya özen gösterir.

 

 

RC Fırçasız Motor Yapısı Nedir?

Motorun Dış Büyüklüğü

Hobi amaçlı kullanılan birçok fırçasız motor markası motor statorunun yüksekliğini ve genişliğini fırçasız motor model adında tanımlar. Örneğin Sunnysky R2204 motoru 22mm genişliğinde ve 04mm uzunluğundadır.

Not: Her şirket genişlik-yükseklik metodunu izlemeyebilir. Fırçasız motoru almadan önce veya aldıktan sonra kullanma kılavuzunu iyi şekilde okumanızı tavsiye ederiz.

KV Değeri

Genelde motorun üzerinde modelinin hemen yanında bulunan değerdir. Bu değer motorun pervanesiz halinde her bir volt için dakika attığı deviri(rpm) temsil eder kısaca 1 volt için 1 dakikada çevireceği devir sayısıdır diyebiliriz. KV değeri, cümlenin az önce ifade ettiğimiz gibi; motora sıfır yük verildiğinde geçerlidir (Pervanesiz Hali). Bu nedene KV değeri motora binen yüke ve pervaneye göre doğrudan değişiklik göstermesi çok doğaldır. Tüm yazdıklarıma bağlı olarak KV değeri düşük olan motorlarda yüksek itme kuvvetini sağlanması için büyük pervane kullanılır.

Pervane

Pervaneler konusu fırçasız motorların bel kemiğidir diyebiliriz. Dronun veya uçağın itici ve çekici gücünü oluşturur. Uçağa veya drone göre en uygun pervane belirlenirken motorun kaldırma ağırlığına(thrust) göre uygun pervaneler verilir.

Örnek verekcek olursak, aşağıda verilen görselde Sunnysky marka fırçasız motorun x2814 modelimim datasheeti var. 1500 gramlık bir itme elde etmek istiyoruz. Verim(Efficiency) 7.50760 verimi en yüksek olan pervane APC 11*5.5 tercih etmemiz motorun daha verimli çalışmasını sağlar buna bağlı olarak uçuş süresi artar.

 

NOT: Pervanede yön genelde dronlarda çok önemli bir faktördür. İnternetden pervane alacağınızda CW(saat yönünde) ve CCW(saat yönünün tersinde) olmak üzere iki çeşit pervane ile karşırsınız. Bunlara itici(sol) ve çekici(sağ) pervanede denir. Quadcopter’den örnek verecek olursak, 4 motorun sağ tarafta bulunan 2’si saat yönünde çekici görevi yapar diğer 2’si ise dronun sol tarafında saat yönünün tersinde itici görevi yapar. Bu olaya kısaca açısal momentuma dayanır. “Dronları nasıl uçar?” yazımızdan detaylı bilgi alabilirsiniz.

Verimlilik(Efficiency(g/W))

Bir motorun verimi, motorun %100 gaz ürettiği itme kuvvetinin(g) motorun ürettiği güce(W) bölünmesiyle hesaplanır. Bu, watt başına gram (g / w) ile ölçülür. Bu oran ne kadar yüksekse, motor aslında o kadar verimlidir.

Aşağıda görülen Sunnysky2820 fırçasız motorun kullanılan bataryanın volti,pervane,amper(Akım), itme gücü(Thrust) ve kullanılan güce göre verimliliği verilmiştir.

Verimliliği etkileyen en büyük faktörlerden biri ise sıcaklıktır.

Motorların aldığı darbeler sonucu mıknatıs ile statorun yaklaşması, üretici şirket tarafından statorun üzerinde bulunan bakır tellerin iyi sarılmaması, rotorun ve statorun yanlış veya kalitesiz imalatı ile oluşan aşırı ısınmalar sonucu motorun verimliliği düşer. Sıcaklık veya genel olarak ısı, zamanla RC fırçasız motorların katilidir. Motorlar uzun süreli ısınmaya maruz kalırsa rotordaki mıknatıslar zamanla manyetik alan güçlerini kaybeder. Sabit ısıya maruz kaldıklarında zamanla manyetikliği giderirler ve sonuç olarak motorun ömrünün kısalmasına neden olurlar.