分析师表示,无人驾驶汽车市场将在2030年增长到73亿美元。这十年的预计增长率为28.4%告诉我们我们remote-yet-global社会非常需要强大,可靠的无人驾驶飞行器(无人机)和其他无人机。
像任何其他航空设备,无人机的设计是电机之间的妥协,电池,控制器,和其他电子产品,它的成本。特定的电机和电池,有有趣的,发展趋势可能表明对某人推进行业一个巨大的机遇。
5无人驾驶汽车设计趋势
这些五无人机发动机设计开发工程师们最有影响和挑战下一个动作:
- 电池续航时间
- 频率与核心损失
- 转矩与效率
- 电动机安装&类型
- 扩展应用程序
电池续航时间
任何无人机——尤其是爱好者模型——本质上有一个短暂的飞行时间由于规模有限的安装电池。
范围更大的电池有更高的能力,它可以增加飞行时间。然而,他们也更重,增加所需的推力起飞……从而减少电池效率。我们又回到了原地。
如果你的无人机可以进一步甚至10%呢?就像超级跑车,无人驾驶飞机设计师一直试图优化的轻盈和权力平衡好多年了。
今天,开发人员仍然看着一切可能延长电池寿命,电池本身的电机、螺旋桨、电子调速(ESC)电路。
趋势警报,优化内部温度控制:电动汽车电池范围是沉默的杀手热由于运动效率低下。使用某些交流定子材料(显示以下)可以提高效率和延长无人机的作战范围。
你可能眨了眨眼睛或翘起的眉毛,当我们说“AC。“简单的刷直流电机是可靠的,但现代用户需要更大的灵活性,包括更简洁的控制电机的速度和效率,因此,电池寿命。下面也考虑这一点“待续……”
频率与核心损失
无人驾驶汽车在高频率由于小尺寸结合高输出的需要。典型的包括3000 - 5000赫兹频率,但有很多高性能模型操作高达10000赫兹。
这是什么意思,小型无人驾驶汽车吗?而传统的高频电动机产生更高的效率,涡流显著增加。记住——这意味着这个“更高效的发动机”冷却本身花费更多的努力。突然的恶性循环中,效率低下。
挫折的来源可能是电机的材料。
交流电机,一个传统的实现方式降低损失和高频磁性材料是使用薄电工钢片表。
为什么薄片成为问题?你只能把它们卷那么薄,价格高涨的单收缩。核心损失在层压栈表也显著增加。
趋势警报——定制材料减少损失:使用软磁复合材料(SMC)对交流电动机的速度和频率控制提供了一些好处:
- 从减少核心损失增加功率效率
- 更轻的汽车通过提高转矩密度
- 更划算
软磁复合材料是高度可定制的铁磁粉涂上一层均匀的电绝缘膜。图表显示,一个受欢迎的SMC成绩优于焊接叠层M19总成在频率低至60赫兹。即使是SMC转子和定子长度相似的纹理大会将执行类似于一个小得多的SMC的部分。
某些定制SMC的成绩可以在频率10000赫兹,茁壮成长。
转矩与速度
减少能耗是一个关键提高无人机发动机效率。但不要忘记稳定。
当然更大的电动机可以更有效地运行,但是我们已经介绍了无人驾驶飞机的需要一个紧凑,可安装的马达。增加输出功率,你可以看看增加转矩和转速的发动机。
高转矩可以提供适量的推力的发动机和螺旋桨提高无人机的:
- 发射能力
- 载荷重量
- 稳定
- 控制
无人机是臭名昭著的不稳定因为他们由至少四马达旋转的同时。最近的稳定控制系统有所纠正这些问题,打开无人机更大范围的应用。
高转矩通常是可取的,在无人机你最好专注于转速性能。为什么?因为更多的转矩通常意味着更大的电动机。如果太重,无人驾驶汽车将很快失去扭矩使用一段时间后,由于电池容量减少。
理解你的无人驾驶飞机的速度和转矩要求在每个操作点可以帮助您确定合适的电机设计。经常在电机设计中,应用程序需求迫使standard-but-oversized电动机的选择,以确保性能的操作点。不幸的是,这推高了重量和成本。
提高转矩密度可以降低汽车重量,进而将允许无人机(如监测和交付无人机)更高的负载。
趋势警报——平衡速度和转矩(&成本大小):幸运的是,更多的定制可以优化无人机发动机的性能曲线精确地满足其特定需求。一些工程师这样做是通过调整电动机的电磁——要么使用更多的小电线(扭矩)或更少的大线(速度)。其他工程师增加齿轮马达的输出作为一个低成本、low-size平衡速度和转矩的方法。
电动机安装&类型
有很多方法来大小的无人驾驶汽车制造业。这是更重要的笔记从设计师的角度来看:
低功率模型
预测者估计,0 - 200 W功率模型将~ 60%行业整体价值的机会在2020年代。这些主要是低端住宅和爱好者模型。
Multirotor无人机
Multirotor无人驾驶飞机了在2020年超过84%的市场份额。
这些设备由一个中央的身体有三个,四个,六个或八个转子。添加的转子提供更好地控制操作符。改进的可操作性允许multirotor无人驾驶飞机垂直起飞或降落在任何空间,使它们非常适合许多应用程序。
其他好处包括合理的价格和更高的载荷比其他类型的无人机。
转子在无人机越多,它可以生成更多的推力。额外的重型转子促进建立无人机能够支持工业相机或交付的有效载荷,下面我们将讨论的其他应用程序。
每个额外的不可避免的妥协是转子需要额外的电流消耗。六,eight-rotor设计将需要更多的电池存储四驱模式来达到相同的范围。
无刷直流无人驾驶汽车
无刷马达无人机今天的标准,如刷马达只能支持最便宜的toy-grade模型。
更具体地说,无刷直流无人驾驶汽车在全球最赚钱的汽车类型无人机市场。这些汽车,一般的永磁品种,可以使用一个先驱者或inrunner配置。
一个跑在前面的人无刷配置修复了电枢线圈,线圈永久磁铁旋转环。inrunner设计房屋内的旋转磁铁线圈。因为一个外环磁铁创造了一个更大的气隙电磁场通过,跑在前面的人的方法产生更多的扭矩。
无刷直流电机的一个缺点是,他们需要不断的优化速度和旋转方向,迫使汽车司机。无人驾驶汽车必须连接到一个独立的电子速度控制器(ESC)提供开关信号,适当控制转速。额外的索具可以使直流无人驾驶汽车昂贵比AC的替代品。
好消息是,无刷直流电机技术的最新进展导致创建无传感器电机驱动器,这将减少这些成本。无传感器驱动还需要更少的组件,允许设计师缩小发动机的大小,甚至提高其可靠性。
然而,即使在今天,无刷直流电机在无人机消耗大量宝贵的能源,可以减少其范围。这让我们……
无刷交流无人驾驶汽车(永磁同步)
几乎所有的无人驾驶飞机无刷电机。从那里,它变成了一个交流与直流的选择。
当设计无刷无人机,交流和直流之间的决定通常可以归结为你的运动控制算法的选择—梯形或定向。
但由于本文主要关注汽车本身,看看别的地方我们可以挖掘效率…
传统上,交流电机获得赞美的高输出功率和效率,而直流电机得到所有爱的速度控制和输出范围。
趋势警报——更多地使用AC马达:这里是你可能不知道的力量现代交流电机设计可以交付成本,大小,和重量储蓄而提供更精确的控制能源使用。
更具体地说,可以交流永磁电机用SMC材料报价吗?
- 冷却器的操作温度
- 潜在寿命长
- 更少的电力需求开始
- 精确的加速度和起动电流控制
- 可调速度和转矩
扩展应用程序
上面的观点和突破应该帮助进一步的无人机的# 1球迷:军事/国防应用。
这些专门的无人机需要高性能电池,汽车和制造工艺/材料最终结果的可靠性。毕竟,这些设备必须能够运行在所有的天气条件,生活也就岌岌可危了。
multirotor无人机设计悬停的能力使他们理想的监测和某些成像应用程序——不仅在国防工业,但其他人。
各种行业的无人机设计热潮:
- 科学研究,包括跟踪和监测COVID-19的传播
- 交付
- 检查
- 农业
当然,我们不能忘记日常消费。光,负担得起的,消费级模型仍然可以受益于上述设计的可能性。需求增长的可靠的无人驾驶飞机在各种家庭应用程序设计:
- 真空吸尘器
- 池清洁工
- 割草机
中心电机效率
无人驾驶汽车设计的最终目标是,将继续保持性能,同时减少尺寸和重量。达到新的高度(或距离),工程师需要终于发现频率、平衡扭矩和其他特征的影响范围和效率。从新的机会之门,将更加开放。
更多地了解smc和烧结软磁材料扮演的角色在提高电机效率,看看我们的工程师的中心:
