DIY无刷飞轮软蛋发射器的一些折腾经验分享
烻LAO
编辑于 2024年10月27日 16:19
电子爱好者

由于网上相关资料实在过少且零碎,所以整合了一些自己的折腾经验。希望能帮到有需要的人。我入坑第一把飞轮是国外mhp设计,国内up修改过后的四飞轮短剑(有刷电机,无火控),由于性能实在不行,所以开始自个折腾改造上无刷电机。

 就先写个文章放在这,等后边东西都调整完了再拍点视频。

 

各种零件的选择

无刷电机和电调基础就不做赘述了,可以看别人发的视频

比如这个视频系列【https://www.bilibili.com/video/BV1Wk4y1i7i1/?share_source=copy_web&vd_source=90f0bcc6e2085fc1199ec7d5a8e3e0c6】​

b站也还有很多相关视频都可以去找找,先学一下

 

一、无刷电机的选择

1.电机大小

小电机可以选择1106、1206这些,就跟狄安娜上面用的差不多,不过狄安娜的是定制的电机。直接能买到的有些扭矩会不足,还是慎重选择,不然测试的时候尿蛋就白花钱了。

中等的就1406、1506、1507这种

如果内构空间充足,可以选择1804以上的电机配35mm-40mm直径的飞轮

 

2.kv值

然后是kv值的选择,大概3000-4000附近的都行。

有些超小型的(13xx以下)电机kv值都比较高,会超过这个范围,尽量选择功率大的就好。

其它大一些的型号,一般都有这个范围的kv值可以买到

 

3.飞轮固定方式

如图

 

一种是M2螺丝来固定,另一种是靠一颗M5自紧螺母固定。

靠M2螺丝来固定飞轮的话,必须对飞轮内部外形建模,以完整贴合电机外形。否则很容易装歪导致动平衡很差。 

 

M5螺母固定飞轮的话,飞轮内部贴合电机外形的步骤可以选择不做,也能获得相对较好的动平衡,不过我建议还是做一下。

4.电机力效

这个我没做过太细致的对比,选购的时候多看几眼力效表,尽量选择能达到2以上的电机吧。(俺寻思有用.JPG)

 

5.电机温度

看商家的测试表,看它在你所使用的电池电压下,满油门的温度能到多少。满油门下,60度出头的就基本不用考虑散热问题了,70左右就需要使用更耐温的飞轮材料。80度以上就不太适宜长时间运转容易电机过热。

 

(我目前在用致盈动力的1506-3000kv  1507-3800kv 这两款电机)

 

二、电调相关

电调最大支持电流数最好选比电机最大电流还要高一些的(需要高5-10A的),因为发射器需要频繁启停,低了怕烧。买单体电调还是四合一电调就看个人了,注意不能一个单体电调接两个电机。

8位和32位电调的选择,除了32位能进行更多更细的参数调整外,我没做过详细对比,我自己手上的8位和32位电调,32位的响应速度更快,电机能更快转起来。价钱合适的情况下直接买32位的吧。

 

选购时必须看清楚该电调是否支持pwm协议,因为我代码里边控制都是用的pwm,其它控制协议不会写。

单体电调可以看看小蜜蜂、蓝鸟,比较小巧。我目前用的是海科的mini四合一32位电调40A)

 

 

说起电调就不得不说电调调参,调参需要用到软件(blheli32和blheli-S)软件下载见开源整合包内。

电调出厂它的油门范围是有差别的,就会导致你两个飞轮转速会不一样,从而影响弹道。另外还需要根据电机调节一下其它参数,才能达到最佳状态。

调参三种连接方式,一是通过usb下载器连接,二是通过arduino板连接,三是通过飞控连接。但是前两种方式我折腾了很久都没连成功,开摆了直接买了块最便宜的飞控,一下子就连上了(接油门信号线和正负极)。

 

调节的参数主要是油门行程,第一项的启动暴力程度和刹车brake on stop。其它选项一般默认就行,顶多要调整的就是电机进角(Motor Timing)。

第一项的启动暴力程度,我就调到了70%。如果这项拉满,其实也不能实质上提升冷启动的速度,反而有概率起到反效果。因为无刷电机的工作方式,需要电调判断转子的位置,当转子到达正确的位置才能逐步转起来。最影响启动速度的就是通电使转子到达正确位置的时间。

而优化这事的,只能是去微调电机进角(Motor Timing),如果用的32位电调,那么直接开自动挡就行。

 

 

 

具体调参可以看这个教程

https://www.bilibili.com/video/BV1aW411p7dd/?share_source=copy_web&vd_source=90f0bcc6e2085fc1199ec7d5a8e3e0c6】​

 

  一些其它可能有用的教程

8元电调调参教程(使用Arduino Uno)| BLHeli无刷电调的固件烧写及调参教程 - 哔哩哔哩 (bilibili.com)​

电调如何连接BLHeli软件,以及无法连接都有哪些因素?_哔哩哔哩_bilibili​

如果用飞控调参这个系列教程可能会有用到【【Betaflight 4.3 教程】BF4.3升级注意事项以及更新功能汇总(1/8)_哔哩哔哩_bilibili​

三、控制电路的零件

需要买Arduino开发板然后自己写代码,不过现在都有积木编程(mixly图形化编程软件),教程也多所以真心不难。(代码已开源,见开源文件内)

我用的是Arduino nano,如图,tb价格是十几块钱,有些贵的版本是20+,使用差别不大。记得买type-C接口的就是了。(如果不是很懂这些的跟我买同款就行)

 

其它电子零件是

高频35v 1000uf电容  并联到电源上保护电路用的

Mos管开关          控制电磁推杆需要用

10v 470uf电容        并联到开发板供电口上的

5V3A降压模块         给开发板供电

电压显示模块          查看电池电量

电位器和开关按钮      用来组合成发射器的扳机、模式选择

16awg到22awg硅胶线若干,各种大小的线路对接插口,杜邦线若干,面包板一个(方便临时搭建连接用)

基本这些就够用了,剩下的就是看自己还想要什么功能,额外再去研究组合了。

 

四、电磁推杆

    买12v和24v的都行,电流够大都能推。然后是看电磁铁大小和行程。

行程选择,主要是看你飞轮仓的布局,需要自己测量所需行程。行程需求越低,能做到的推蛋频率就越高,如果买太长了还可以打印一些限位垫片,把行程缩短。

我的电磁铁行程25mm能做到秒20+,这个速度已经很够用了。如果在相同行程下再提高频率,就得选择推力更大的电磁铁和更大的复位弹簧。弹簧需要另行购买合适大小的,名字叫【塔簧】。

  另外,小型电磁推杆貌似只有定制才有,比如狄安娜上那种。我看到的都比狄安娜上用的大,要么就是够小但行程没狄安娜的长。

 

五、电池

   既然都上无刷了,那电池肯定得需要更猛的。3S和4S电池就看你上面的电机来选择,然后就是确定电池的大小,得选择能安装进去的大小。最后看放电倍率,电池后边标的多少C。可以自己大概算一下,能输出多大的电流。

比如我是4S-1300mah-95C电池,那就 ( 1.3 X 95=123.5 )最大放电电流再打个八折就是 98A左右,我电机最大电流是一个30A,电磁推杆是10A,再加上控制板那可以忽略不计的电流需求,按降压模块的最大输出算,总共就是73A不到的持续电流,启动瞬间电流在此基础上再加个十几A。所以我这块电池是输出是完全够用的。

电池最大输出必须是得要满足你全部设备的用电需求,不然运转不起来。最明显的情况就是推杆无力,电机转速上不去。

 

飞轮仓

飞轮仓主要是内管选择,还有弹匣到电机的距离、电机安装位置的结构强度。

 

飞轮仓出蛋管可选择加装一段内直径14mm的铜管或者铁氟龙管,如果用轴承管也不是不行,就是加上轴承总价贵不少,线管没试过。感觉性价比最高的是铁氟龙管,很便宜,材料性质比较滑,不易堆积残留碎屑。就是没啥刚度,需要额外打印一个固定外套,给它套直。管长度不建议太长,用作纠正软蛋的内管10cm就差不多了。    

管入口可以做一下缩径,进行一波校准软蛋,防止软蛋意外没对准卡死在飞轮仓内。参数如图,靠近飞轮的一边15-16mm直径的口,然后缩小到13.5-14mm。后边再对接特氟龙管或者铜管

 

想要密集度更高,还得给飞轮仓多下点功夫好些,优化电机座、飞轮的形状和稳定性。

你可以先看看不装管,飞轮直出的弹道稳性如何。看看弹道和枪身是不是在同一条线上,如果弹道歪了,得检查安装和模型是否居中,再不行可以打印一点0.1mm的垫片给放电机座上歪回来。

 

电机安装位置到弹匣的距离最好是能更近一些,这样对推蛋杆的行程需求比较低,有利于提升射速。弹匣到飞轮之间可以选做软蛋位置纠正的口,大概能稳定一些。我是建模时直接让弹匣对准飞轮中心,纠正口没做。

 

有条件可以切一块铝板做骨架,做出需要的形状和电机座安装孔后,再安装对应的其它打印部件,这样子散热效果和飞轮仓结构强度和安装精度都更好。

可以去嘉立创的一元cnc打样,每个月都有两次白嫖机会,以下是我白嫖下的单。

飞轮的制作

一、飞轮内凹槽样式

由于没有资料我只能一边水群问,一边照着网上的样例仿制,折腾了两个月。大概算是找到合适的样式了。

 

两飞轮外直径之间的间隙控制在1mm-3mm之间,内凹槽间隙和宽度控制在8mm左右,飞轮间隙可根据实际测试情况微调。另外凹槽外的两侧厚度最好一致,保证挤压时左右的平衡。

 

凹槽内可做阳齿或阴齿,阳齿跑分差距我这测试大概能多个三,四分,斜纹斜齿不考虑,徒增不稳定性。想要提跑分可以选择减少点凹槽间隙。挤压越厉害跑分越高,但是蛋损耗严重、散布大些,这个就得自己取舍了。我目前还是没找到挤压低跑分高的样式,也许只能使用更大的飞轮才能做到吧。

带齿的还有一点需要注意,齿如果做太大。就直接变成离心风机了,气流猛猛的往枪管里边吹,会对软蛋造成影响的,只要不比光滑面吹的风离谱太多就成。

 

我目前使用的飞轮参数如图,内凹槽距离7.2mm,凹槽宽度8.5mm

 

内凹槽调节范围5-8mm,凹槽宽度7.5-10mm调节,飞轮最小间距1-3mm

 

二、飞轮其它地方的外形建模

为了最佳动平衡,建议不要做太多奇怪的形状。一个圆柱体挖出凹槽,再打上安装孔和散热孔就够了,毕竟放里边一般也看不见不用做啥装饰,而且方便打印和安装。内部则需要特别设计一下贴合电机表面的外形,这个得根据自己买的电机,用游标卡尺测量再去建模了。我的飞轮模型只适配了两种电机。

还有一点非常重要,需要根据自己手头上电机的公差去修改模型的公差,最好是做到略微难按进去,如果是松的,有概率用着用着就打滑(仅针对M5螺母固定的电机)。

(见开源模型文件内)

 

三、飞轮的动平衡和噪音

产生噪音是电机本身、飞轮、两电机之间的共振、整体结构的共振。

第一步得是正确安装飞轮,装上去后,开最低转速观察飞轮的晃动情况,如果是肉眼可见很大晃动,就要重新安装、重新打印或者修改模型。直到最低转速下观察不到太大晃动。

 

第二步满油门测试,听声音就行。如果有分贝仪就分别测量电机空载和装上飞轮后的满油门噪音。比如我的1506-3000kv电机空载为80分贝,装上飞轮满油门为86分贝,看差值就行,我的测量方式如图。

 

没有仪器就得听声音,空载电机满油门,听到的声音是没有多少大振幅的噪音,主要的声音都是气流那顺滑的声音。而装上飞轮后就要听这种振动噪音和气流声音的占比,越接近空载的感觉越好。

只要飞轮建模没有啥特别的结构,那么调整只需要在切片参数上调节,尽量让fdm打印走线更均匀,比如不要填充,底面顶面使用同心样式、三角螺旋。加减墙层数、使用随机接缝。然后是打印时不建议超过两个以上同时打印,最佳当然是逐个打印,以减少打印时的不稳定因素。

层墙数可以选择拉满,变成实心的。但是重量会高很多,不利于电机的快速启动。我现在用asa和pa耗材打印,重量为4-5克之间。

我目前的打印参数如图

第三步检查飞轮仓周边的部件安装情况,看看螺丝有没有拧紧,有没有其它松动部件,如果装好了一般情况下不会比第二步测量的噪音水平高太多。还是以同样的距离测量我控制在了90分贝以下。  一些普通的飞轮发射器,噪音则是轻松超过90

 

四、打印飞轮的耗材选择

由于电机运转会产生很多热量,而电机又是被飞轮套住的,所以散热天生就不好,cnc金属飞轮除外。打印飞轮就一定要去买耐高温材料,比如ASA、ABS,PA也可以选择其它材料,只要耐温超过80都能用。如果用PETG(70°C)也不是不行,得悠着点用。我在用点维的ASA(60元/kg)和必应的PA (50元/kg)

 

五、我自己打印飞轮的测试结果

飞轮规格:30mm直径,内凹槽7.2mm,凹槽宽度8.5mm,飞轮间隙1.4mm

 致盈动力1507-3800kv电机 + 4s电池ASA耗材,单个飞轮重量4克装上飞轮,两电机测量后实际转速为:58700rpm,58400rpm软蛋:工匠三代紫

 

瞬启响应时间:180毫秒    瞬启跑分:47

瞬启时间具体分割为以下几个阶段:

扣扳机开始到软蛋飞出枪口的时间

→ 扣扳机行程80毫秒

→ 扳机扣到底,火控延迟激发80毫秒

→ 软蛋被推进飞轮仓并飞出一段距离20毫秒

 gif里是8倍慢动作

满转速,飞轮直出不过内管

光面飞轮跑分:54连发波动1-2分

满蓄单发波动0.5分内

 

复用蛋跑分损耗情况:光面轮同一颗蛋复用

1:53

2:51.5

3:52

4:51

5:51

6:50

7:50

8:49.4

9:48.5

10: 48.2  

复用10次后,第11次的弹道还是直的

磨损情况,如图

 

我还有个带齿版本的飞轮,同样条件下跑分56

还在调整中,更详细的测试得等下一篇有补充的再一起写上

 

编程

  我使用的编程软件为mixly v1.2版本,我不会敲代码只会拿这个搭积木,相关系列基础教程可以看这个

https://www.bilibili.com/video/BV1sN411n7Mi/?share_source=copy_web&vd_source=90f0bcc6e2085fc1199ec7d5a8e3e0c6】​

开发板发送pwm信号控制电调驱动电机的原理

https://www.bilibili.com/video/BV1iA411J72A/?share_source=copy_web&vd_source=90f0bcc6e2085fc1199ec7d5a8e3e0c6】​

 

编程就不细说了,我水平有限,就看我开源文件里的注释吧

实现的功能:

五种射击模式,秒20全自动,秒10全自动,单发,三连发or双发扳机(binary trigger)

预热,刹车,保险,两档电机功率调节

激发延迟补偿,防止扣扳机过快导致电机没转起来就推蛋然后卡膛,同时可以稳定瞬发时推蛋的时机,固定跑分。

 

目前就预热这一项功能没有啥用处,现在这个电机大小,最低转速依旧称不上安静的水平。并且冷启动已经足够快了,只是懒得删掉这个功能。

代码,如图

 

一些疑难杂症情况

1: 打印的光滑面飞轮需要打几梭子软蛋才能到正常跑分,需要表面附着上蛋头碎屑,才能保证摩擦力足够。也有可能得打上百发才能到达最佳状态,总之得多磨合一下。

带齿的就不会这样,所以带齿的轮面上几乎没多少残留碎屑。

 

2:飞控也连不上电调,发现是需要先升级飞控固件才能连接电调去调参(32位电调),飞控固件需要通过betaflight软件去升级。又或者是接线没接对、线路接触不良、电调忘了接电源。

 

3:弹道总是往一个方向偏,而且偏很多,套上内管纠正的话会掉速3分以上

可能原因:

电机转速差距过大

电机体质问题,公差过大,一高一低

弹匣仓没对准飞轮,弹匣晃动过大,需要修改模型

安装误差,飞轮安装到电机上的误差和电机安装到飞轮仓上的误差。还有整个飞轮仓安装的误差。

打印精度,打印飞轮仓的时候就歪了,建议平放打印。

飞轮设计,凹槽没居中,没对称,凹槽宽度过低。

如果还是偏,那就开摆吧,打印一点0.1mm的垫片给放电机座上歪回来

 

 

开源

下载链接见评论区

文件里包含的是用到的软件安装包、开发板的代码工程、飞轮模型

模型也可以直接去我看我拓竹号上发布的