Электродвигатели для радиоуправляемых моделей.

Электромоторы серии Speed фирмы Graupner

    Радиоуправляемые модели могут быть оснащены практически любыми видами двигателей, которые устанавливают на их прототипы. Даже такие экзотические моторы как паровые машины или реактивные турбины можно встретить на современных радиоуправляемых моделях. Тем не менее, чаще всего, устанавливают электродвигатели либо двигатели внутреннего сгорания (ДВС). В этой статье мы поговорим об электромоторах для радиоуправляемых моделей и их потребительских особенностях.
    Начнем с того, какими бывают электродвигатели для моделей. Существует две основные их разновидности. Наибольшее распространение в моделизме из-за своей простоты и дешевизны получили коллекторные электродвигатели постоянного тока. Другая разновидность - это бесколлекторные трехфазные двигатели переменного тока.

Коллекторные (brushed) электродвигатели 400-го класса	Бесоллекторный (brushless) электродвигатель Phasor

Коллекторные электродвигатели
    В начале рассмотрим коллекторные (brushed англ.) двигатели. Коллекторные двигатели самые простые в изготовлении, и эксплуатации, а следовательно - наиболее дешевые. Для того чтобы заставить такой моторчик работать, его достаточно просто подключить к батарее. Управлять оборотами двигателя можно изменяя подводимое к мотору напряжение, а направление вращения двигателя меняется, если изменить полярность тока. Таким образом, регуляторы или контроллеры для управления коллекторными двигателями тоже просты и недороги.
    Внутри своего класса коллекторные двигатели делятся по размерам на множество "классов". Очень часто в правилах соревнований оговаривается именно эта характеристика двигателей. "Класс" двигателя определяется его длиной. Если мы говорим о двигателе 400-го класса, то речь идет о моторе с длиной корпуса 400мм. Своего рода промышленным стандартом являются электродвигатели серии "Speed" фирмы Graupner. Линейка моторов "Speed" по "классам" выглядит так: 280, 300, 400, 480, 500, 600, 650, 700, 720, 820, 900. Самыми распространенными из них являются моторы 400-го класса. Именно под них делается большинство хоббийных летающих моделей. Конечно, электромоторы для моделей выпускает множество фирм, но если речь идет о характеристиках, то обычно сравнивают именно с моторами "Speed" фирмы Graupner. Различия в размерах дает представление о мощности электромотора. Чем больше размер - тем выше мощность. Следующая характеристика, на которую нужно обращать внимание при выборе двигателя, это номинальное напряжение на которое он рассчитан. Например, в классе двигателей "Speed 400" имеются моторы с рабочим напряжением 4,8 вольта, 6 вольт, и 7,2 вольта. Эти цифры указывают, с каким количеством аккумуляторов (банок) в батарее предназначен работать этот двигатель. Напряжение на одном NiCd (никель-кадмиевом) или NiMH (никель-металгидридном) аккумуляторе составляет 1,2 вольта. Не трудно подсчитать, что мотор с рабочим напряжением 4,8 вольт предназначен для работы от 4-х баночной аккумуляторной батареи. Однако, эти цифры не более чем ориентировочные, моторы способны прекрасно работать и при повышенных напряжениях. Обычно, для увеличения мощности, моделисты используют в батарее на 1-2 банки больше, чем рекомендовано. Таким образом, без увеличения размера и веса двигателя, в режиме "перекала", из него удается выжать дополнительную мощность, которая в моделизме "лишней" никогда не бывает.

    Чаще всего, недорогие электродвигатели не имеют подшипников, вместо них стоят бронзовые втулки. Если главным фактором в выборе мотора является цена - то это вполне приемлемое решение. В том случае, если на первый план выходит КПД, имеет смысл выбрать двигатель с шарикоподшипниками. Такие моторы маркируются буквами BB - (Ball Bearing. англ.). Еще один резерв мощности - в усилении магнитного потока от собственных постоянных магнитов двигателя. Для усиления этого потока, вокруг корпуса двигателя делается дополнительный магнитовод в виде широкого металлического кольца. Такие двигатели маркируются как "Turbo" или "Race". Особо стоит отметить двигатели 480-го класса. Это двигатели имеют размеры сопоставимые с размерами моторов 400-го класса, но при этом имеют значительно повышенную мощность. Это своего рода форсированные 400-е моторы. Их ставят там, где мощность является критическим фактором при ограниченных размерах. Щёточный узел у этих моторов сделан открытым, что улучшает охлаждение, и делает возможной замену щеток.

Двигатель с дополнительным магнитоводом	Двигатель Speed 480 BB Race от Graupner

    В процессе работы коллекторных двигателей происходит постепенный износ графитовых щеток и металла коллектора, по которым щетки скользят. Периодически щетки нужно менять, а двигатель прочищать от графитовой и металлической пыли. При продолжительной интенсивной работе следует также протачивать коллектор, для компенсации его неравномерного износа. После замены щеток и ухода за коллектором, двигатель желательно обкатать при пониженной нагрузке для того чтобы щетки правильно "притерлись" к коллектору. Это же касается и новых моторов. Одним из методов обкатки является непродолжительная работа двигателя в ёмкости с дистилированной водой.

Станок для проточки коллектора	Коллектор до и после проточки на станке	Обкатка электродвигателя в воде

    Коллекторные двигатели производства других фирм являются либо аналогами серии "Speed", либо "тюннинговые" варианты двигателей специально предназначенные для тех или иных видов моделей (для автомоделей или для вертолетов).

Электромотор фирмы Traxxas	Электромотор фирмы Orion	Электромотор Element фирмы Orion с оригинальным коллекторным узлом

    Как правило, улучшение характеристик моторов достигается за счет применения мощных редкоземельных магнитов, обязательным использованием подшипников, прецизионным изготовлением коллекторного узла. Но даже с применением всех перечисленных технологических уловок, коллекторные двигатели уступают по всем параметрам бесколлекторным моторам.

Бесколлекторные электродвигатели
    Бесколлекторные (brushless англ.) электродвигатели пришли в моделизм сравнительно недавно, в последние 5-7 лет. В отличие от коллекторных моторов они питаются трехфазным переменным током. Бесколлекторные двигатели эффективно работают в более широком диапазоне оборотов и имеют более высокий КПД. Конструкция двигателя при этом проще, в ней нет щеточного узла, и нет необходимости в техническом обслуживании. Можно сказать, что бесколлекторные моторы практически не изнашиваются. Стоимость бесколлекторных двигателей несколько выше, чем коллекторных. Это вызвано тем, что все бесколлекторные моторы снабжены подшипникам и, как правило, изготовлены более качественно. Хотя, разрыв в ценах между хорошим коллекторным мотором и бесколлекторным двигателем аналогичного класса не столь уж велик.

Двухполюсный двигатель Kontronik FUN 480-33 с контроллером Jazz 40-6-18	Четырехполюсный двигатель Phasor с контроллером Jeti Jes39-3P	Многополюсный двигатель-аутранер.

    По конструкции бесколлекторные моторы делятся на две группы: inrunner (произносится как "инраннер") и outrunner (произносится как "аутраннер"). Двигатели первой группы имеют расположенные по внутренней поверхности корпуса обмотки, и вращающийся внутри магнитный ротор. Двигатели второй группы - "аутраннеры", имеют неподвижные обмотки, внутри двигателя, вокруг которых вращается корпус с помещенными на его внутреннюю стенку постоянными магнитами. Количество полюсов магнитов, используемых в бесколлекторных двигателях, может быть разным. По количеству полюсов можно судить о крутящем моменте и оборотах и двигателя. Моторы с двухполюсными роторами имеют наибольшую скорость вращения при наименьшем крутящем моменте. Эти моторы по конструкции могут быть только "инраннерами". Такие двигатели часто продаются уже с закрепленными на них планетарными редукторами, так как их обороты слишком велики для прямого вращения пропеллера. Иногда такие моторы используют и без редуктора - например, ставят на гоночные авиамодели. Моторы с большим количеством полюсов имеют меньшую скорость вращения, но зато больший крутящий момент. Такие моторы позволяют использовать пропеллеры большого диаметра, без необходимости применять редукторы. Вообще, пропеллеры большого диаметра и небольшого шага, при относительно низкой частоте вращения обеспечивают большую тягу, но сообщают модели небольшую скорость, в то время как маленькие по диаметру пропеллеры с большим шагом на высоких оборотах обеспечивают высокую скорость, при сравнительно небольшой тяге. Таким образом, многополюсные моторы идеально подходят для моделей, которым нужна высокая тяговооруженность, а двухполюсные без редуктора - для скоростных моделей. Для более точного подбора двигателя и пропеллера к определенной модели, можно воспользоваться специальной программой MotoCalc.

Бесколлекторный мотор - инраннер	Бесколлекторный мотор - оутраннер

    Так как бесколлекторные моторы питаются переменным током, для работы им необходим специальный контроллер (регулятор), преобразующий постоянный ток от батарей в переменный. Регуляторы для бесколлекторных двигателей представляют собой программируемое устройство, позволяющее контролировать все жизненно важные параметры двигателя. Они позволяют не только менять обороты и направление работы мотора, но и обеспечивать в зависимости от необходимости плавный или резкий старт, ограничение по максимальному току, функцию "тормоза" и ряд других тонких настроек двигателя под нужды моделиста. Для программирования регулятора используются устройства для подключению его к компьютеру, либо в полевых условиях это можно делать с помощью передатчика и специальной перемычки.

Kонтроллер фирмы JETI	Kонтроллер Jazz 40-6-18 фирмы Kontronik	Мини контроллер фирмы Ikarus

    Производителей бесколлекторных моторов и регуляторов к ним очень много. Вот только некоторые из основных производителей: "Kontronik", "Hacker", "Astro Flight", "Phasor", "AXI" "Castle Creations". Конструктивно и по размерам бесколлекторные двигатели тоже сильно различаются. Более того, самостоятельное изготовление бесколлекторных двигателей на основе деталей от CD-приводов и других промышленных бесколлекторных моторов стало весьма распространенным явлением в последнее время. Возможно, именно по этой причине у бесколлекторных двигателей сегодня нет даже такой приблизительной общей классификации как у коллекторных собратьев.
    Подведем краткий итог. На сегодняшний день, коллекторные двигатели в основном используют на недорогих хоббийных моделях, или спортивных моделях начального уровня. Эти двигатели не дороги, просты в эксплуатации, и по-прежнему составляют самый массовый вид модельных электромоторов. Им на смену идут бесколлекторные моторы. Единственным сдерживающим фактором пока остается их цена. Вместе с регулятором бесколлекторный мотор стоит на 30-70% дороже. Однако, цены на электронику и моторы падают, и постепенное вытеснение из моделизма коллекторных электромоторов - лишь вопрос времени.