Fırçasız Motorlar: Çalışma Prensibi ve Testleri

Bir drone inşa ederken ilk adımlardan biri doğru motoru seçmektir. En iyi performansı elde etmek için birden fazla motoru test etmek ve tasarımınız için en verimli olanı seçmek önemlidir. Drone tasarımında kullanılmak üzere özel olarak üretilmiş birçok elektrik motoru çeşidi de dahil olmak üzere piyasada çok sayıda motor bulunmaktadır.

Fırçasız Motor Bileşenleri Nelerdir ?

Fırçasız mekanizmanın çalışma prensibine geçmeden önce bileşenlerine bir göz atalım.

Ayrıca Bakınız: Drone Motorları Hakkında Bilmeniz Gerekenler

Elektromıknatıslar ve Kalıcı Mıknatıslar

Manyetizma, fiziksel dünyada büyüleyici bir fenomen olarak karşımıza çıkar. Elektromıknatıslar ve kalıcı mıknatıslar, manyetizmanın farklı yönlerini ve kullanımlarını temsil ederler. İlk bakışta sıradan bir metal taban ve iletken bir tel gibi görünen unsurlar, birbirleriyle etkileşerek ilginç bir dönüşüm yaşarlar.

Metal bir tabanın etrafına sarılmış iletken bir tel, tek başına bir mıknatıs gibi davranmayacaktır. Ancak telden bir akım geçtiğinde, o zaman durum değişir. Telin içinden akan elektrik akımı, manyetik bir alan üretir ve telin etrafında bir manyetik alan oluşur. İşte burada devreye elektromıknatıs kavramı girer.

Elektromıknatıs, elektrik akımının etkisiyle manyetik bir özelliğe sahip hale gelen bir cihazdır. Telin sarılı olduğu metal taban, akım geçtiğinde manyetik bir alana dönüşür. Bu durum, elektromıknatısın kullanım alanlarının genişlemesini sağlar. Elektrik akımını kontrol ederek, elektromıknatısın manyetik özelliğini açıp kapatabiliriz. Böylece, farklı uygulamalarda kullanabileceğimiz birçok pratik işlev elde edebiliriz.

Ancak elektromıknatısların aksine, kalıcı mıknatıslar sürekli olarak manyetik bir özelliğe sahiptir. Bir kalıcı mıknatıs, kendiliğinden manyetik bir alan üreten ve bu özelliğini uzun süre koruyan bir malzemedir. Kalıcı mıknatısların manyetik özelliği, içlerindeki atomların manyetik alanlarından kaynaklanır. Bu alanlar, atomların manyetik spinleri ve manyetik momentleri sayesinde ortaya çıkar.

Özellikle manyetik malzemelerin birçoğu, demir, nikel ve kobalt gibi metal elementlerinden oluşur. Bu malzemeler, iç yapılarında manyetik alana neden olan mikroskobik manyetik bölgeler veya “manyetik alan alanları” barındırır. Bu alanlar, atomların bir araya gelerek manyetik bir düzen oluşturmasını sağlar. Böylece, kalıcı mıknatıslar, etkileyici manyetik özellikleriyle hayatımızın birçok alanında kullanılır.

Elektromıknatısların aksine, kalıcı mıknatıslar sürekli manyetik bir alan üretirler. Bu nedenle, bir kalıcı mıknatısın manyetik etkisi, akımın kesilmesiyle kaybolmaz. Ayrıca, kalıcı mıknatısların manyetik kuvvetleri, elektromıknatıslardan farklı olarak değiştirilemez. Bu özellikleri sayesinde, kalıcı mıknatıslar, elektronik cihazlardan endüstriyel uygulamalara kadar geniş bir yelpazede kullanılır.

Örneğin, hoparlörlerde, manyetik bantlarda, manyetik sensörlerde ve hatta MRI (manyetik rezonans görüntüleme) cihazlarında kalıcı mıknatıslar kullanılır. Ayrıca, endüstriyel makinelerde ve elektrikli motorlarda da yaygın olarak kullanılan kalıcı mıknatıslar, enerji dönüşümü süreçlerinde büyük öneme sahiptir.

Rotor ve Stator

Şekil 3’te görülen yapıda, iç çemberde elektromıknatıslar bulunurken dış çemberde kalıcı mıknatıslar bulunur. Motoru çalıştırmak için elektrik akımıyla bir elektromıknatısın bobinlerini etkinleştiririz. Bu, kalıcı mıknatısın elektromıknatısla etkileşerek rotorun dönmesini sağlamasını hedefler. Rotor, kalıcı mıknatıstan itme kuvveti alırken stator üzerindeki zıt kalıcı mıknatısla hizalanmaya çalışır ve dönmeye başlar.

Ancak bu hizalanma yalnızca kısa bir süre boyunca dönüş sağlar. Sonraki adımda, dönüşün durmasını önlemek için bir sonraki elektromıknatısa güç veririz, ardından bir sonraki elektromıknatıs ve devamı şeklinde ilerleriz.

Motor, belirli bir frekansla üç fazlı bir akım iletecek şekilde çalıştırıldığında, o frekansın hızında döner. Bir dronun kontrol ünitesindeki gaz kelebeği, motorun hızını ayarlamak için kullanılır ve daha yüksek gaz kelebeği girişi, drona daha yüksek frekanslı bir sinyal gönderir. Elektronik Hız Kontrol Cihazı (ESC), motorun hızını gaz kelebeği girişine göre ayarlamak için sinyal dağıtımını kontrol eder.

Ayrıca Bakınız: Dronelar için ESC Nedir ?

Motor Seçimi

Son olarak, bir motor seçerken nelere dikkat etmemiz gerektiğini tartışalım. Başlangıçta, motorun en önemli karakteristiği, güç girişi için kullanılan dönüş hızını tanımlayan motorun “Kv” değeridir. Örneğin, 2000 Kv’lik bir motor, her volt için dakikada 2000 devir dönecektir.

Motorun boyutu, Kv değeriyle yakından ilişkilidir. Geniş ve büyük bir motor genellikle daha yüksek tork üretebilir, ancak daha düşük bir Kv değerine sahip olacak ve daha büyük bir pervane gerektirecektir. Öte yandan, ince ve uzun bir motor yüksek bir Kv değerine sahip olacak, ancak düşük bir tork üretecek ve küçük bir pervane için daha uygun olacaktır. Bu durum, daha büyük bir motorun daha düşük RPM’de çalışırken, küçük bir motorun nispeten yüksek RPM’de çalıştığını düşündüğümüzde anlamlıdır.

Bir motorun maksimum gücü de göz önünde bulundurulması gereken bir faktördür. Motorun güç sınırlarının aşılması, motorun ısınmasına ve dolayısıyla verimliliğinin önemli ölçüde düşmesine, hatta zarar görmesine neden olabilir. Ayrıca, marka da bir motorun performansını etkileyebilir. Aynı Kv değerine sahip iki farklı markanın motorları arasında performans farkı olabilir. Bu nedenle, bir insansız hava aracı inşa etmeden önce motoru test etmek önemlidir.

Genel bir kural olarak, aşırı güç vermeme ve aşırı ısınma riski olmadan mümkün olan en küçük (hafif) motoru kullanmak akıllıca olacaktır. Bunun nedeni, gereğinden büyük bir motorun ağırlığının fazla olmasıdır ve bu durumun ağırlığı azaltmak için gereken ek önlemlerle sonuçlanabilir.

Ayrıca Bakınız: Drone Yapımı için Gerekli Parçalar

Fırçasız Motorların Fırçalı Motorlara Göre Avantajları Nelerdir ?

• Yüksek Verimlilik: Fırçasız motorlar, enerji kaybını minimumda tutarak daha yüksek bir verimlilik sağlar. Bu da enerji tasarrufu ve daha uzun pil ömrü gibi avantajlar sunar.
• Daha Az Bakım Gereksinimi: Fırçasız motorlar, fırçalı motorlarda olduğu gibi fırça ve toz birikimi gibi bakım gerektiren parçalara sahip değildir. Bu nedenle, daha az bakım ve servis ihtiyacıyla kullanıcıya kolaylık sağlar.
• Daha Uzun Ömür: Sürtünme ve aşınma olmadığı için fırçasız motorlar, daha uzun bir ömür sunar. Bu özellikleriyle uzun vadeli kullanım için idealdir.
• Daha Düşük Gürültü Seviyeleri: Fırçasız motorlar, fırçalı motorlara göre daha sessiz çalışır. Bu, uygulama alanlarında gürültü seviyelerini azaltır ve daha sessiz bir çalışma ortamı sağlar.
• Yüksek Hız ve Tork Kontrolü: Fırçasız motorlar, hız ve tork kontrolü açısından daha hassas bir şekilde çalışır. Bu, motorun istenilen hız ve güç seviyelerini daha hassas bir şekilde ayarlayabilmesi anlamına gelir.
• Çevre Dostu: Fırçasız motorlar, daha az enerji tüketimiyle çevre dostu bir seçenektir. Enerji tasarrufu sağlayarak karbon ayak izini azaltır ve sürdürülebilirliği destekler.

Sık Sorulan Sorular (FAQs)

1. Fırçasız motorlar hangi avantajlara sahiptir?
   • Fırçasız motorlar yüksek verimlilik, düşük bakım gereksinimi, uzun ömür, düşük gürültü seviyeleri, yüksek kontrol kabiliyeti ve çevre dostu olmaları gibi avantajlara sahiptir.
2. Fırçasız motorlar hangi endüstrilerde kullanılır?
   • Fırçasız motorlar otomotiv sektörü, havacılık ve uzay endüstrisi, ev aletleri, endüstriyel otomasyon sistemleri ve tıbbi cihazlar gibi birçok endüstride kullanılmaktadır.
3. Fırçasız motorlar ne tür bir çalışma prensibine sahiptir?
   • Fırçasız motorlar manyetik alan etkileşimiyle çalışır ve fırçalı motorlardaki fırça ve sürtünme sorunlarını ortadan kaldırır.
4. Fırçasız motorlar neden daha uzun ömürlüdür?
   • Fırçasız motorlarda sürtünme ve aşınma olmadığı için daha uzun bir ömür sunarlar.
5. Fırçasız motorlar hangi avantajları sağlar?