วิธีเลือกมอเตอร์ให้เหมาะสม

[poktkm]

บทความนี้จะอธิบายถึงหลักการเลือกมอเตอร์ให้เหมาะสมแก่ตัวลำ Multorotor และลักษณะการบิน​ โดยใช้ข้อมูลประกอบต่างๆเช่น น้ำหนักของอุปกรณ์ต่างๆ และ ค่าการทดสอบกำลัง (Thrust Test) ซึ่งผู้ผลิตมอเตอร์ชั้นนำส่วนมากจะทำการทดสอบและเปิดเผยผลการทดสอบให้ผู้ใช้งานทั่วไป ทั้งนี้ใน เทพFPV เองนั้นก็ได้ทำการทดสอบและรีวิวมอเตอร์รุ่นต่างๆ โดยใช้ใบพัดหลากหลายประเภท เพื่อให้ข้อมูลที่เป็นกลางและเหมาะสมแก่ผู้ใช้งานในประเทศให้มากที่สุด

เริ่มตรงไหนดี

น้ำหนักทั้งหมดของตัวลำ อุปกรณ์ต่างๆและแบตเตอรี่ และข้อจำกัดของขนาดของมอเตอร์และขนาดของใบพัด เป็น 3 ปัจจัยสำคัญที่ใช้ในการเลือกมอเตอร์ที่เหมาะสม อย่างไรก็ตามการรู้ถึงนำ้หนักที่แท้จริงก่อนการเริ่มประกอบลำอาจจะเป็นสิ่งที่ลำบากพอสมควรเพราะอาจจะมีการเปลี่ยนอุปกรณ์เพื่อให้เหมาะสมในขั้นตอนการประกอบ อย่างไรก็ตามการเอาอุปกรณ์ทุกอย่างมาชั่งรวมกันก็จะได้น้ำหนักโดยประมาณซึ่งก็ถือว่าดีมากพอที่จะใช้ในการตัดสินใจเลือกมอเตอร์แล้ว ส่วนการเลือกใช้ขนาดของเฟรมก็จะจำกัดขนาดของมอเตอร์และขนาดของใบพัดไปในตัว ซึ่งเฟรมเกือบทุกเฟรมก็จะมีข้อมูลขนาดของมอเตอร์และใบพัดแนะนำให้อยู่แล้ว

สัดส่วนกำลังต่อน้ำหนัก (Thrust/Weight Ratio)

โดยส่วนมากแล้วใน Multirotor นั้นมอเตอร์ทั้งสี่ตัวเมื่อหมุนใบพัดแล้วควรให้กำลังมากกว่า 2 เท่าของนำ้หนักทั้งหมดของตัวลำและแบตเตอรี่ หรือจะพูดง่ายๆได้ว่าตัวลำควรจะ hover ได้นิ่งเมื่อ throttle อยู่ที่ 50% การที่มี Thrust/Weight ratio ที่สูงนั้นทำให้ตัวลำเคลื่อนไหวและเปลี่ยนทิศทางได้อย่างรวดเร็วมากขึ้น อย่างไรก็ตามใน Drone Racing นั้น Thrust/Weight ratio นั้นจะสูงกว่า Multiroter ทั่วๆไป แต่ไม่มีข้อจำกัดหรือกฎตายตัวในเรื่องของ Thrust/Weight ratio ใน Drone Racing เพราะผู้ผลิตมอเตอร์ก็ทำการพัฒนามอเตอร์ให้มีกำลังมากขึ้นอยู่ตลอดเวลา แต่ก็ไม่ใช้ว่ามอเตอร์ที่ให้กำลังแรงที่สุดนั้นจะดีกว่าเสมอไป แต่ควรคำนึงกระแสไฟที่ใช้ด้วยเช่นกัน

ตัวอย่างการคิดน้ำหนักคร่าวๆ

ก่อนอื่นเราควรเริ่มจากการเลือกเฟรมที่จะใช้ในตัวอย่างนี้เราจะใช้เฟรม Alien 5 ซึ่งมีนำ้หนัก 125g ซึ่งขนาดมอเตอร์ที่เฟรมนี้แนะนำให้ใช้คือ 22xx และก็เป็นขนาดของมอเตอร์ที่ถูกเลือกใช้อย่างแพร่หลายใน Drone Racing โดยในตัวอย่างนี้เราจะใช้ DYS 2205 ที่มีนำ้หนัก 32g และอุปกรณ์อื่นๆ โดยสามารถประมาณน้ำหนักทั้งหมดได้ดังนี้

• Frame: 125g
  
• Motor: 32g x 4
  
• ESC: 10g x 4
  
• Flight Controller - 15g
  
• R/C Receiver - 15g
  
• FPV Camera - 12g
  
• FPV Transmitter - 20g
  
• Battery 4s 1300mAh - 154g
  

ตามรายการด้านบน นำ้หนักโดยประมาณของตัวลำพร้อมบินได้ที่ 509g เพราะฉะนั้นเราควรจะเลือกมอเตอร์และใบที่สามารถให้กำลังสองเท่าของนำ้หนักตัวลำเป็นอย่างน้อย เพราะฉะนั้นมอเตอร์ต้องให้กำลังได้ประมาณ 260g เป็นอย่างน้อย ซึ่งเอากันจริงๆแล้วกำลังแค่นี้ไม่ได้มีปัญหาแก่มอเตอร์และใบที่ขายกันทั่วไปในตลาดสักเท่าไร ถ้ายกตัวอย่างเช่นมอเตอร์ DYS 2205 นั้นสามารถให้กำลังสูงสุดเกินกว่า 1000g เมื่อใช้ใบ 3 แฉกแล้ว นั้นก็หมายความว่าเพียงมอเตอร์แค่ตัวเดียวก็สามารถรับนำ้หนักของตัวลำได้แล้ว ซึ่งจริงๆแล้วนี่ก็คือหัวใจสำคัญของ Drone Racing ที่จะใช้มอเตอร์ที่ให้กำลังสูงและตัวลำที่มีน้ำหนักเบา ทำให้บินและเปลี่ยนทิศทางได้ด้วยความเร็วสูง อย่างไรก็ตาม setup นี้จะขึ้นบินได้ประมาณ 3 นาทีเท่านั้น ถ้าเราต้องการที่จะต้องบินนานขึ้นก็ต้องทำการเพิ่มขนาดของแบตเตอรี่ซึ่งจะทำให้อาการของตัวลำนั้นช้าลง

การอ่านตารางกำลังของมอเตอร์

การอ่านและเปรียบเทียบตารางกำลังของมอเตอร์นั้นมีความสำคัญ เพราะมอเตอร์ที่ให้กำลังมากที่สุดอาจจะไม่ใช้มอเตอร์ที่เหมาะสมที่สุดเนื่องจากอาจจะใช้กระแสไฟที่มากเกินไป ด้านล่างคือตัวอย่างตารางการทดสอบของ DYS 2205 2300KV

โดยทั่วไปแล้วเราสามารถตารางการทดสอบได้จาก website ของผู้ผลิตหรือผู้ขาย แต่ก็มี website รีวิวต่างๆที่ทำการทดสอบและเปรียบเทียบมอเตอร์เองเช่นกัน อย่างไรก็ตามรูปแบบก็แสดงข้อมูลจะคล้ายกันดังเช่นตัวอย่างด้านบนที่จะเห็นว่าการทดสอบจะแบ่งเป็นสองส่วนคือ 12v กับ 16v ซึ่งก็คือแบต 3s และ 4s และก็จะทดสอบกับใบหลายๆแบบซึ่งในที่นี่จะมีแค่สองแบบ ซึ่งอาจจะไม่มีใบพัดทุกยี่ห้อแต่ก็สามารถเอามาเปรียบเทียบเป็นข้อมูลอ้างอิงเบื้องต้นได้ ตารางจะบอกถึงจำนวนกระแสไฟที่ใช้และกำลังที่ได้ และจะได้ค่าความคุ้มค่า Gram/Watt ที่เราสามารถเอามาประกอบการตัดสินใจ ในตัวอย่างด้านบนจะเห็นว่าไม่ว่าเราจะใช้แบต 3s หรือ 4s ก็ได้กำลังเกิน 260g มากจึงไม่น่าจะมีปัญหาในการบินปกติและใยรูปแบบ Drone Racing

การเปรียบเทียบค่า Gram/Watt
อย่างที่กล่าวไปข้างต้นว่าใน Drone Racing นั้นปัญหาเรื่องกำลังยกไม่เพียงพอนั้นดูเหมือนจะไม่ค่อยเกิดขึ้นเพราะสัดส่วนกำลังต่อน้ำหนักส่วนมากจะเป็น 3-4 ต่อ 1 เลยทีเดียว เราเลยควรจะดูความคุ้มค่าของการใช้กำลังไฟ จะเห็นในตารางการทดสอบนั้นจะมีค่า Efficiency และมีหน่วยเป็น Gram/Watt ซึ่งหมายถึง จำนวนกำลังยกที่มอเตอร์ขับได้ต่อกำลังไฟหนึ่ง Watt เพราะฉะนั้นนอกเหนือจากการดูค่ากำลังที่เหมาะสมกับตัวลำแล้ว ค่า Efficiency ก็เป็นอีกหนึ่งปัจจัยที่ควรนำมาประกอบการตัดสินใจในการเลือกมอเตอร์ เพราะถ้าเปรียบเทียบมอเตอร์ที่ให้กำลังเท่ากัน แต่มอเตอร์ตัวหนึ่งใช้กำลังไฟที่น้อยกว่า ในการบินแข่งกันจริงจะทำให้มอเตอร์ที่มีค่า Efficiency สูงกว่าสามารถบินที่ความเร็วสูงสุดได้นานกว่าเพราะมอเตอร์สร้าง Load ให้แบตเตอรี่ที่น้อยทำให้แบตเตอรี่จ่ายไฟที่กำลังไฟสูงสุดได้นานกว่า

การเลือก ESC ให้เข้ากับมอเตอร์

จะเห็นได้ว่ามอเตอร์รุ่นใหม่นั้นสามารถใช้กระแสที่สูงมาก (มากกว่า 30a ก็มี) อย่างไรก็ตามต้องอย่าลืมว่ามันคือค่าสูงสุดที่ 100% แล้วในการบินทั่วไปนั้นก็คงไม่ได้เร่งที่ 100% อยู่ตลอดเวลา จึงคงไม่มีความจำเป็นสักเท่าไรที่จะใช้ ESC ที่รองรับ 30a เพราะ ESC 20a ก็สามารถรองรับไฟเกินได้ถึง 30a ในช่วงเวลาหนึ่งซึ่งก็น่าจะเพียงพอต่อการใช้งานจริงอยู่แล้ว

Credit

http://www.dronetrest.com/t/how-to-choose-the-right-motor-for-your-multicopter-drone/568