Von Lauren Nagel
Eine Frage, die uns ziemlich oft gestellt wird, lautet: „Warum muss man das Drehmoment messen, wenn man Motoren oder Propeller testet?“ Darauf folgt oft: „Wie kann ich das Drehmoment messen?“
Beides sind wichtige Fragen für Drohnenentwickler, die das Beste aus ihren Konstruktionen herausholen möchten. Letztendlich geht es darum, die Effizienz des Motors zu messen, indem man die Eingangsleistung mit der Ausgangsleistung vergleicht.
Inhaltsverzeichnis:
- Drehmoment und Drehzahl
- Formel zur Berechnung der Motoreffizienz
- So messen Sie das Drehmoment
- So berechnen Sie die mechanische Leistung eines bürstenlosen Motors
Hinweis: Unsere kleinen Schubprüfstände und größeren Flight Stands können beide das Drehmoment messen.
Drehmoment und Drehzahl
Bei einem Propeller gibt es zwei wichtige Variablen: die erste ist die Drehzahl und die zweite das Drehmoment. Multipliziert man Drehzahl und Drehmoment, erhält man die mechanische Leistung.
Wenn wir uns ansehen, wie ein Propeller und Motor verbunden sind, sehen wir, dass die einzige Verbindung oder „Information“, die vom Motor an den Propeller gesendet wird, die Drehzahl und das Drehmoment sind.
Abbildung 1: Drohnenmotor, verbunden mit einem Dreiblatt-Propeller
Formel zur Berechnung der Motoreffizienz
Am anderen Ende des Motors gelangt Strom aus der Batterie oder Stromquelle ein. Wir können den Motor daher als eine Maschine betrachten, die Strom in Drehzahl und Drehmoment oder elektrische Leistung in mechanische Leistung umwandelt.
Dies bringt uns zu unserer wichtigsten Effizienzformel. Wenn wir das Drehmoment messen, können wir die mechanische Leistung ermitteln, die wir durch die elektrische Leistung teilen können, um die Effizienz zu erhalten:
Die Erhöhung von Drehmoment und Drehzahl bringt Konstruktionskompromisse mit sich, und das Testen mehrerer Propeller ist der beste Weg, die effizienteste Motor-Propeller-Kombination für die Art des Fluges zu finden, den Sie durchführen möchten.
Weiterführende Literatur: Analyse der Leistung und Effizienz bürstenloser Motoren
Wenn wir die gleiche Propellereffizienz beibehalten können, bedeutet eine Erhöhung des Verhältnisses von mechanischer zu elektrischer Leistung, dass Luftfahrzeuge länger fliegen und mehr Nutzlast tragen können.
So messen Sie das Motordrehmoment
Es gibt mehrere Möglichkeiten, das Drehmoment zu messen, und in unseren Prüfständen verwenden wir ein stabiles, festes System, was bedeutet, dass es keine beweglichen Teile gibt. Dies ist entscheidend, da es Hysterese und Vibrationen minimiert.
Beim Schubprüfstand Flight Stand 15 wird der Motor mithilfe einer Motorhalterung am Prüfstand montiert. Hinter dem Motor befindet sich die Kraftmesseneinheit (FMU), die eine Monoblock-Kraftmessdose enthält, die sowohl Schub als auch Drehmoment misst. Die Kraftmessdose ist für Schub, Drehmoment und Übersprechen kalibriert, um hochpräzise Messungen zu gewährleisten. Das Bild unten zeigt eine koaxiale Version des Systems, bei der die Motoren in einem sicheren Mindestabstand voneinander getrennt sind. Bis zu 8 Flight Stands können gleichzeitig verbunden werden, was Tests mit verteilter Schubkraft ermöglicht.
Weiterführende Literatur: So berechnen Sie das Motordrehmoment mithilfe von Formeln
Abbildung 2: Der Motor-Schubprüfstand Flight Stand 15
So berechnen Sie die mechanische Leistung eines bürstenlosen Motors
Nachdem wir das Drehmoment gemessen haben, müssen wir auch die Drehzahl des Motors messen, um unsere Formel für die mechanische Leistung zu vervollständigen.
Dies wird durch die Verwendung eines kleinen optischen Drehzahlmessers erreicht, der erkennen kann, wenn ein Stück reflektierendes Klebeband vor dem Sensor vorbeizieht. Die zugehörige Elektronik verwendet einen Zähler, um zu bestimmen, wie oft das reflektierende Klebeband den Sensor passiert hat, was es ihm ermöglicht, die Drehzahl zu berechnen. Die Drehzahl kann auch elektrisch gemessen werden, unter Verwendung des ESC-Signals. Diese Methode ist mechanisch einfacher, aber empfindlicher gegenüber der Motorlast und -größe.
Multiplizieren Sie diesen Wert mit der Drehzahl und teilen Sie das Produkt durch die elektrische Leistung, um die mechanische Leistung zu erhalten.
Weiterführende Literatur: Berechnungen und Annahmen für das Drohnendesign
Fazit
Das Drehmoment des Systems zu messen, ist bei der Entwicklung eines Antriebssystems unerlässlich, da es Ihnen ermöglicht, die Motoreffizienz unabhängig von der Propellereffizienz zu messen. Hier haben wir behandelt, wie Sie das Drehmoment messen können und wie Sie diese Informationen nutzen können, um eine effizientere Drohne zu bauen.
Wenn Sie selbst das Motordrehmoment testen möchten, sehen Sie sich unser Testgeräteangebot an:
- Serie 1585 - misst bis zu 2 Nm Drehmoment
- Flight Stand 15 - misst bis zu 8 Nm Drehmoment
- Flight Stand 50 - misst bis zu 30 Nm Drehmoment
- Flight Stand 150 - misst bis zu 150 Nm Drehmoment
- Flight Stand 500 - misst bis zu 1500 Nm Drehmoment