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初试无刷马达版小电直
作者:5iMX.com
E-mail:dfly@5imx.com


  无刷马达的特点:效率极高(可达80%左右,获得更长飞行时间)、无碳刷结构不产生火花及电磁波干扰、免维护、寿命极长(可以忽略不计)。无刷系统已经成为未来电动模型的主流趋势,在欧美地区,无刷系统正在成为主流;在国内,才刚刚被公众认识。


  Himax A28-15-4无刷马达是珠海Himark公司的产品,这是一只380级别的无刷马达,换句话讲,它的体积和380级有刷马达的大小相似,但重量要比普通380有刷马达重10多克,为86g。我们注意到它的轴径是4mm的,这是相当粗的轴,为此我们对A.K.E的14T塑料齿轮进行了扩孔处理,使之能够稳妥地安装到上面。

型号:Himax A28-15-4
kV(rpm/V):2000RPM
直径:28mm
长度:30mm
轴径:4mm
重量:86g
使用电池:6~12a
工作电流:5~20A
最大电流:25A
空载电流:1.6A

  无刷马达是不可以用有刷马达的电调来驱动的,必须配合无刷马达专用电子调速器。这种无刷电调能将直流电转换为三相交流电,并且能够精确控制无刷马达的转速,还能够在一定程序上由程序设置来控制和改变无刷马达的输出性能。无刷电调由于电路相对复杂,且控制芯片内的程序编写复杂,因此价格十分昂贵。

  Phoenix-25是美国Castle Creations公司的产品,它是一只可持续输出25A电流的无刷电调,由单片机控制。该电调的适应性非常广,可以支持Hacker、MEGA、JETI等著名公司的无刷马达可靠工作,当然也非常适合用来推动Himax A28-15-4无刷马达。

型号:Phoenix-25
超低内阻:0.013Ω
PWM调制频率:11kHz(超高频)
工作电流:25A(最大持续)、35A(最大短暂)
支持电压:6~12V(自动适应)
BEC:1.5A(自动截止电流)
重量:17g(约)
通过调节马达电线可实现正转和反转;
当遥控信号丢失时自动停止,避免失控伤人;
信号接通时,即刻恢复先前状态;
可通过遥控器或电脑设置Phoenix-25内的丰富工作参数。

  以下将试验Phoenix-25与Himax A28-15-4在小电直上的性能表现!

  一、无刷马达试机

  在开始将小电直动力系统由有刷系统改为无刷系统前,我们有必要对无刷系统进行试机,这是非常有必要的。建议大家在使用新的动力系统前,特别是电调之前,都不要急于把马达和调速器装机,应该在装机之前先空载试机。这样做的目的,是可以避免因设置不当造成危险,同时也可以通过试机初步了解动力系统的性能。

  无刷马达(Brushless Motor)是三相交流马达,接入无刷马达的电线有三条,以颜色加以区别,通常有:黑、白、红三线。如果你想用传统有刷马达的电调来驱动无刷马达那是不可以的,接上后最多只能转动一小点角度就不能继续转动了。因为传统电调是靠有刷马达的机械换向器来转换转子磁极的,而无刷马达没有机械换向器,因此它没有摩擦,效率很高,但需要使用“电子换向器”,这就是无刷电调的功能之一,充当电子换向器的作用。

  Phoenix-25的做工非常好,99%的元件采用SMT工艺装配,并使用了多层电路板。无刷电调和有刷电调同样有信号线、电源线和马达输出线,它们所不同的地方在于无刷电调的马达输出线有三条,而有刷电调只有两条。

  试机开始……

  首先将Phoenix-25的三条马达线分别与Himax A28-15-4的三线输入线连接起来,颜色一一对应。再将Phoenix-25的信号线连接在接收机的第3通道上。打开发射机,最后把Phoenix-25的电源线连接在电池上,注意:红线对正极、黑线对负极。我们使用的是A.K.E的11.1V 3Cell聚合物锂电池。

  如果一切正常,Phoenix-25上的红色指示灯会闪一下就常灭,如果不正常,会常亮或闪烁。我们使用的是Futaba发射机和飞高6通道接收机,第三通道必须反向设置,否则油门是反的(既高位是低速、低位是高速)。这一特性和飞达的原装混控是一样的,也必须反向设置。好在Phoenix-25有保护功能,如果一开机它检测到油门不是在低位,它就不会工作,以免马达意外高速旋转伤及其他。

  有趣的是,当我们接上电源后,会听到无刷马达发出四声不同的音调。第一声是在接通电源时,嘟的一声响;大约半秒后,又连续有三声不同音调的嘟声从马达里发出来。刚开始以为是Phoenix-25上有蜂鸣器,结果找了半天也没找到,最后确认这个声音是从马达里发出来的。这种特性在有刷系统上也有,比如当我们推油门时,就会听到马达发出“吱吱吱”的高频叫声。

  连接妥当后,我们推油门,Himax A28-15-4开始加速转动,它使用的是两颗滚珠轴承,声音听起来特别舒服,是哗啦啦的声音,但声音很小。Himax A28-15-4是内转子型的无刷马达,它的转子是磁体,线圈在马达的外壁内侧。因此Himax A28-15-4产生热量的部分不是转动的磁体,而是外壳,因此非常有利于散热。但即使是空转,也会产生一定热量,但并不高。

  Phoenix-25和Himax A28-15-4的连接是按颜色一一对应的方式,但我们发现这时的转动方向与小电直需要的转动方向不同,因此需要让马达反向旋转。于是我们对调了黑线和白线,马达的转动方向就反了过来。

  到此,无刷马达的试机结束,显示其工作一切正常,工作状态良好。

  二、小电直无刷系统升级开始

  我们的小电直使用的是飞达的原装混控器。如果你的小电直使用的是其它规格或牌子的混控器也没有关系。这个混控器在升级为无刷系统后要继续保留使用,用来驱动小电直的尾桨。当然,如果你的小电直是尾桨轴传动型的,如MS Hornet,则不需要使用额外的调速器。

  首先要明确一点,这套无刷系统是为驱动主马达而准备的,尾马达的驱动工作仍需要使用传统有刷马达电调来解决。因此,在改装完成后,这个电直应该有两个调速器,一个是无刷电调,另一个是有刷电调。无刷电调控制主马达转速、有刷电调控制尾马达转速!

  如果你的小电直本身是空机不带任何调速器,那么也可以去购买独立的电子调速器,10A以内的规格就足够了,价钱应该很便宜。以下以飞达电调为例,介绍如何升级无刷系统。



  两个调速器的信号线都必须同时连接在接收机的第3通道上。这时需要使用一个“Y”形信号线(Y Cable)。当Phoenix-25连接电池后,它的信号线会给接收机供应电力以及驱动舵机工作的电力。

  当然你也可以不使用这条线,你可以通过自己改装的方式把两个调速器的信号线连接到接收机也是一样的,只不过使用Y Cable更方便一些。

  现在我们可以卸下小电直上的有刷马达,连接在该马达上的电线空闲不用,最好能找绝缘管加以屏蔽,以免意外短线烧毁其它东西。

  还一个比较重要的改装,就是对电源输入部分的改装。由于目前有两个电子调速器了,所以就存在两个电源插头,而这两个电源插头是需要同时连接在电池上的。这里的改装办法就有很多了,例如:

  方法1:把飞达混控的电源输入线直接并联在无刷电调的电源输入线上。
  方法2:把无刷电调的电源输入线直接并联在飞达混控的电源输入线上。
  方法3:在无刷电调上做一个电源线的Y Cable。我们用的是这种办法,之所以用这种办法,就是可以不破坏原有的电路,可以随时恢复成有刷系统。



  上面写的内容是不是看上去蛮复杂的呢?其实很简单,以下作个小结。小电直升级无刷系统的步骤(以安装飞达混控的系统为例):

  1.制作无刷电调的电源线Y Cable;
  2.将无刷电调和飞达混控的信号线同时连接在第3通道上(使用信号线的Y Cable);
  3.卸下原机上的有刷马达;
  4.装上无刷马达;
  5.连接无刷马达与无刷电调的主电线。

  这种改装方式是利用无刷电调控制主马达转速,利用原飞达混控的尾马达控制功能控制尾马达。原机上的陀螺仪等部分的连接保持原样不去动!

  三、试飞情况

  由于动力系统发生了变化,整个机器的性能和改装前不太一样,首先是整个电动直升机的重量增加了,这时需要油门推到更高才可以保持悬停状态。好在无刷马达效率极高,我们还没有推油门到一半时就已经处在悬停状态了!此时工作电流约为8A。

  由于主马达性能发生了变化,尾马达的同步增速比例也应作相应的调整。当我们第一次试飞时,发现尾马达推力不够。这时由于在有刷系统下,油门须推到一半多一点才可以悬停,而现在只需要不到一半就可以悬停了,因此在有刷系统下,尾马达在油门相对较低的位置,供给它的电力是偏小的。因此我们通过陀螺仪调整了它的中立点,使之能在低油门下也输出较强动力。

  陀螺仪的调整是有效的,很快就调出了平衡尾桨的参数,飞行很平稳!加速极为有力,动力十分强大。由于重量增加,在处在悬停状态时,主桨的转速相对于有刷系统就来得高,因此会感到直升机比有刷系统来得更稳,升降自如!

  我们意外发现,在飞完一趟电池后,Himax A28-15-4主马达的温度竟然非常低!!这不是一般有刷马达所能达到的性能,在试飞过程中,我们并没有安装任何散热装置。Phoenix-25调速器也只有很低的温度,这种微温几乎是可以忽略不计的。A.K.E 12V聚合物锂电池组也只有微微和温度,性能表现良好!

  在此之前,持续飞行的低温记录是A.K.E Li12Deluxe 12V锂电马达创造的,即使飞完一组电池,马达的外壳温度也非常低,可以用手长时间触摸!而Himax A28-15-4无刷马达打破了这个记录,它的温度飞完下来差不多只有A.K.E Li12Deluxe的一半!

  我们的测试就快结束,我们测试了这套无刷系统在配置11.1V聚合物锂电的小电直上的工作电流,结论是:完全可以使用10A的无刷电调!这样成本会进一步降低。我们使用的是Phoenix-25 25A无刷电调,显然是大马拉小车的感觉,不过为了将来飞更大一点的电直,用25A的电调也是值得的,用途更广一些。如果你的目标是只锁定微型电直,那么用10A无刷电调就足够了。

  四、神奇的无刷电调

  Phoenix-25是一只很好玩的电调,它允许你对内部参数进行设置,设置是通过遥控器的油门拉杆来操作的。Castle Creations公司还为Phoenix系列无刷电调推出了PHX-Link附件,这个东西是要买独购买的,它可以把Phoenix系列无刷电调连接在电脑的USB接口上,并控制程序界面来设置工作参数,这显然更人性化一些,不过你要为此掏腰包才行。

  总的来讲,用遥控器油门拉杆来设置Phoenix-25的参数也是很简单的。不过对于第一次使用这种设置方式的人来讲还是比较容易出错,甚至根本不知如何设置。

  Phoenix-25可供你设置的参数包括:
1.Cutoff voltage:截止电压
2.Current Limiting:电流限制
3.Brake Type:刹车方式
4.Throttle Type:油门类型
5.Timing Advance:调速正时
6.Cutoff Type:截止方式
7.Soft Start:软启动

  以上参数都是非常有趣而实用的。初次使用Phoenix-25是工作在工厂默认设置状态的,这时的状态并不适于用在电动直升机上,因为它带有刹车功能,当你关闭油门时,无刷马达会迅速刹车,此时直升机的桨有可能会被损坏。因此Phoenix-25用在电动直升机上,应把刹车功能禁止了。另外还有一些用在电动直升机上的优化设置,以下逐个介绍。

  在进行无刷电调的参数设置前,最好把连接到无刷马达的电线断开,以免意外发生!

  第一步:进入Phoenix-25的参数设置模式

  进入方法是:

  1.先关闭所有电源,包括连接在Phoenix-25上的主电源;
  2.开启发射机电源,置油门于高位(Move the transmitter stick to the TOP position);
  3.大约2秒钟后置油门于中位(Move the transmitter stick to the MIDDLE position);
  4.大约2秒钟后置油门于高位;
  5.大约2秒钟后再次置油门于中位。

  此时就进入了参数设置模式了!

  第二步:一步一步设参数

  在Phoenix-25的说明书上介绍了详细的设置功能,只要对照参数表就可以一一进行设置。每项设置参数是以调速器上的指示灯显示频率来告知使用者的。此外,每项设置都以问答的形式与使用者对话,你只要回答“是”或“否”就可以完成设置。

  回答“是”时,将油门置于高位,大约2秒钟后再置于中位即可确认。
  回答“否”时,将油门置于低位,大约2秒种后再置于中位即可确认。

  每项设置参数是逐一进行的,共有7个项目须逐一设置。

  以下介绍最影响电直性能的,且有必要在初次使用前设置的内容:

  第一项:3 - Brake Type(刹车方式),选项有5个:

Option1
Soft delayed brake(默认值)
适用于一般固定翼空模;刹车在延迟4秒钟后发生。
Option2
Hard delayed brake
直接刹车,有一定延迟的。适用于<10Cells动力系统。
Option3
Soft brake,no delay
产生50%的制动能力。
Option4
Hard brake no delay
直接刹车,无延迟的。适用于<10Cells动力系统。
Option5
Brake Disabled
电动直升机使用。

  建议设置为Option5。

  第二项:4 - Throttle Type(油门类型),有4个选项:

Option1
Auto Calibrating throttle(默认值)
适用于一般固定翼空模。
Option2
Fixed throttle
适用于变距直升机。
Option3
Governor Mode - Low RPM Range
适用于变距直升机。
Option4
Governor Mode - High RPM Range
适用于变距直升机。

  建议设置为Option2,你也可以尝试3或4。

  第三项:5 - Electronic timing advance(电子调速正时),有3个选项:

Option1
High advance timing(12°~35°)
适用于长转子无刷马达(如JETI或大型MEGA马达),提供充沛动力但能耗较大。
Option2
Standard advance timing(5°~20°)<默认值>
适用于大部分无刷马达(如Aveox、Hacker、Astro、小型MEGA等),在动力和能耗上取得平衡的设置参数。
Option3
Low advance timing(0°~15°)
适用于将运行时间放在首位的应用,提供更高的飞行时间和更高的能量利用率。

  建议设置为Option3或2。

  第四项:6 - Cutoff Type(截止方式),有2个选项:

Option1
Hard Cutoff(默认值)
立即停止给马达供电
Option2
Soft Cutoff
电压和电流逐渐降低式的减速

  建议设置为Option2。

  第五项:7 - Soft Start(软启动方式),有3个选项:

Option1
Very soft start
适用于带有易碎齿轮箱的动力系统,平滑柔顺地启动。
Option2
Soft Start(默认值)
适用于大部分动力系统。
Option3
Fast start
快速启动。

  建议设置为Option1。

  第三步:退出设置

  所有设置完成后,Phoenix-25上的指示灯会高速闪烁,此时将油门置低位即可退出参数设置模式。再次开机,Phoenix-25就按你设置的参数来工作了。

  五、小结

  无刷系统同样讲求动力与能源的匹配性,不可以在小电直上安装大型马达,也不能在大电直上安装小型马达,只有适合的才是最好的。对于像飞达、雷鸟、嘉宝、先豪这类微型电直而言,安装380或280级别的无刷马达是比较合适的。但在能源供应方向,则是使用3Cell组合的11.1V聚合物锂电的搭配是最佳。这种组合方式在国外玩家中已经得到普遍认同。国外只要是无刷小电直,一定是3Cell 11.1V锂电的配置。

  升级无刷系统的方法是简单的。当然任何改装都有一定风险,如果你没有经验,建议先多学习多了解后再动手,如有高手指导就更让人放心了。

  如果你还有其它疑问,欢迎到5iMX的“电动直升机”区来和我们一起讨论。

 
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