อากาศยานไร้คนขับ (UAV) หรือโดรน ได้ปฏิวัติอุตสาหกรรมต่างๆ ตั้งแต่การถ่ายภาพยนตร์และการเกษตร ไปจนถึงการขนส่งและการป้องกันประเทศ หัวใจสำคัญของระบบขับเคลื่อนของโดรนคือมอเตอร์ DC แบบไร้แปรงถ่านที่วิ่งได้เร็วกว่า ซึ่งได้รับการยกย่องว่ามีอัตราส่วนกำลังต่อน้ำหนักที่ยอดเยี่ยม สเตเตอร์ของมอเตอร์เหล่านี้เป็นผลงานชิ้นเอกของการย่อขนาด ซึ่งต้องใช้ขดลวดที่ละเอียดมากที่แม่นยำอย่างเหลือเชื่อ เครื่องม้วนสเตเตอร์แบบพิเศษสำหรับมอเตอร์โดรนเป็นเครื่องมือสำคัญที่ช่วยให้ผู้ผลิตสามารถก้าวข้ามขีดจำกัดของแรงผลักดัน ประสิทธิภาพ และความน่าเชื่อถือได้ ในบทความนี้ เราจะตรวจสอบว่าอุปกรณ์ไขลานโดยเฉพาะจัดการกับความท้าทายเฉพาะของการสร้างสเตเตอร์สำหรับโลกที่มีความต้องการสูงของ UAV แบบหลายโรเตอร์และปีกคงที่ได้อย่างไร

สเตเตอร์ของมอเตอร์โดรนทั่วไปมีขนาดเล็ก โดยมักจะมีเส้นผ่านศูนย์กลางระหว่าง 15 มม. ถึง 40 มม. และมีช่อง 9 หรือ 12 ช่องที่มีการพันแบบกระจายหรือแบบเข้มข้น ลวดพันมีความบางมาก เช่น AWG 28 ถึง AWG 34 (เส้นผ่านศูนย์กลางประมาณ 0.1 มม. ถึง 0.25 มม.) เพื่อบรรจุการหมุนภายในช่องให้ได้มากที่สุดเพื่อสร้างฟลักซ์แม่เหล็กไฟฟ้าที่จำเป็น ทุกการเลี้ยวพิเศษจะเพิ่มค่าคงที่แรงบิด (Kt) แต่ยังเพิ่มน้ำหนักและความต้านทานด้วย ดังนั้น เครื่องม้วนสเตเตอร์ของมอเตอร์โดรนจึงต้องวางลวดที่เปราะบางหลายร้อยรอบไว้ในพื้นที่จำกัด โดยไม่มีการหัก รอยครูด หรือการหมุนหย่อนแม้แต่ครั้งเดียว ระยะขอบสำหรับข้อผิดพลาดนั้นน้อยมาก

การพันด้วยเข็มนั้นไม่สามารถทำได้สำหรับสเตเตอร์ที่มีกระแสเกินหลายตัวเนื่องจากสเตเตอร์สามารถเข้าถึงได้จากภายนอก โดยทั่วไปจะใช้วิธีม้วนใบปลิวแทน สเตเตอร์จะยึดไว้บนฟิกซ์เจอร์ที่หมุนได้ ในขณะที่ไกด์แบบอยู่กับที่หรือแบบเคลื่อนที่จะโคจรรอบสเตเตอร์ เพื่อนำสายไฟเข้าไปในช่องภายนอก ซึ่งต้องใช้เครื่องม้วนสเตเตอร์ที่มีใบปลิวความเร็วสูงที่สามารถหมุนได้ที่สูงถึง 1500 RPM ควบคู่ไปกับระบบป้อนลวดที่รักษาแรงตึงต่ำให้สม่ำเสมอ ความตึงมากเกินไปจะทำให้ลวดเส้นเล็กหัก น้อยเกินไปทำให้เกิดขดลวดหลวมซึ่งนำไปสู่การสั่นสะเทือนของคอยล์และการลัดวงจรภายใต้ภาระการบิน

การควบคุมความตึงในการพันลวดทองแดงละเอียดเป็นทั้งศิลปะและวิทยาศาสตร์ เครื่องม้วนสเตเตอร์ประกอบด้วยตัวปรับความตึงอิเล็กทรอนิกส์แบบวงปิดซึ่งใช้แขนนักเต้นและโหลดเซลล์หรือเบรกแม่เหล็ก ในขณะที่ใบปลิวหมุน ความยาวเส้นทางสายไฟจากแกนจ่ายไปยังสเตเตอร์จะเปลี่ยนแบบไดนามิก โดยเฉพาะอย่างยิ่งในระหว่างการเปลี่ยนจากช่องหนึ่งไปยังช่องถัดไป ตัวปรับความตึงจะปรับความเร็วการจ่ายเพื่อรักษาความเค้นของลวดให้คงที่ ซึ่งโดยทั่วไปจะต่ำกว่า 20 กรัม ความตึงเครียดที่เพิ่มขึ้นใดๆ แม้แต่ในเสี้ยววินาที ก็สามารถสร้างความเสียหายเล็กๆ น้อยๆ ต่อการเคลือบเคลือบฟันได้ ซึ่งอาจตรวจไม่พบจนกว่ามอเตอร์จะล้มเหลวหลังจากบินนานหลายชั่วโมง

เครื่องม้วนมอเตอร์โดรนขั้นสูงยังมีการตรวจจับการหักของสายไฟอัตโนมัติโดยใช้เซ็นเซอร์ออปติคัลหรือลูปเหนี่ยวนำ ที่ความเร็วการพันที่ 600–1,000 RPM ลวดที่ขาดสามารถพันรอบสเตเตอร์ได้อย่างรวดเร็ว และทำให้ขดลวดที่พันก่อนหน้านี้เสียหายได้ ภายในเสี้ยววินาทีที่ตรวจพบการแตกหัก เครื่องจะดำเนินการหยุดฉุกเฉินและพลิกใบปลิวและหัวดัชนีไปยังตำแหน่งที่ปลอดภัยอย่างแม่นยำ ช่วยให้ผู้ปฏิบัติงานต่อสายไฟกลับเข้าไปใหม่โดยสูญเสียวัสดุน้อยที่สุด

เพื่อให้โดรนบินได้อย่างเสถียร มอเตอร์ของมันจะต้องมีคุณสมบัติทางไฟฟ้าและกลไกที่เกือบจะเหมือนกัน การเปลี่ยนแปลงใดๆ ในความต้านทานของขดลวดระหว่างมอเตอร์บนเฟรมแบบหลายโรเตอร์ทำให้เกิดแรงขับที่ไม่สม่ำเสมอและแรงสั่นสะเทือนที่เน้นตัวควบคุมการบิน เครื่องพันขดลวดสเตเตอร์จึงต้องรับประกันความแม่นยำในการนับรอบและความสูงของการพันปลายที่สม่ำเสมอ ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้รูปแบบการพันขดลวดที่ตั้งโปรแกรมได้ ตัวอย่างเช่น ชั้นแรกของคอยล์อาจถูกพันด้วยขั้นตอนหนึ่ง และชั้นที่สองชดเชยการซ้อนสายไฟในหุบเขาของชั้นแรก เพื่อเพิ่มความหนาแน่นของทองแดงสูงสุดโดยไม่ต้องเพิ่มความสูงของคอยล์ รูปแบบดังกล่าวได้รับการตั้งโปรแกรมไว้ในรหัส NC ของเครื่อง และแกนกำหนดดัชนีที่ขับเคลื่อนด้วยเซอร์โวจะติดตามรูปแบบเหล่านั้นด้วยความแม่นยำสูงสุด

มอเตอร์โดรนมีหลายรูปแบบ: 2205, 2306, 2812 ฯลฯ ซึ่งแสดงถึงเส้นผ่านศูนย์กลางและความสูงของสเตเตอร์ในหน่วยมิลลิเมตร เครื่องขดลวดสเตเตอร์แบบยืดหยุ่นสามารถรองรับช่วงนี้ได้โดยใช้อะแดปเตอร์แบบเปลี่ยนเร็วบนหัวขดลวดและฟิกซ์เจอร์สเตเตอร์ ผู้ปฏิบัติงานเพียงแค่โหลดสูตรที่เหมาะสม ซึ่งจะกำหนดจำนวนรอบ รูปแบบการม้วน ความเร็วใบปลิว ความตึง และมุมการจัดตำแหน่ง เครื่องจักรบางเครื่องมีโหมดการสอน โดยที่ผู้ปฏิบัติงานจะเขย่าเครื่องจักรไปตามเส้นทางที่คดเคี้ยวสำหรับสเตเตอร์ต้นแบบใหม่ และระบบจะสร้างโปรแกรมการผลิตโดยอัตโนมัติ

หลังการพันขดลวด สเตเตอร์ต้องผ่านการทดสอบหลายชุดที่สามารถรวมเข้ากับเซลล์เครื่องพันได้ ความต้านทานของขดลวดและความเหนี่ยวนำจะถูกวัดและเปรียบเทียบกับค่าอ้างอิง เครื่องทดสอบไฟกระชากจะตรวจสอบกางเกงขาสั้นแบบเลี้ยวต่อเลี้ยว สเตเตอร์ใดๆ ที่ล้มเหลวจะถูกกักกันโดยอัตโนมัติ การทดสอบแบบอินไลน์นี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าสเตเตอร์ที่สมบูรณ์แบบเท่านั้นที่จะเข้าสู่ขั้นตอนการประกอบแม่เหล็กและขั้นตอนการปรับสมดุลมอเตอร์ขั้นสุดท้าย ช่วยลดเศษและการทำงานซ้ำในกระบวนการต่อๆ ไป

เครื่องม้วนสเตเตอร์แบบพิเศษสำหรับมอเตอร์โดรนเป็นตัวช่วยเพิ่มประสิทธิภาพทางอากาศ ด้วยการฝึกฝนศิลปะอันละเอียดอ่อนของการพันลวดที่ละเอียดเป็นพิเศษด้วยความเร็วสูงด้วยความแม่นยำระดับไมครอนและการควบคุมความตึงที่ไม่เปลี่ยนแปลง จะผลิตสเตเตอร์ที่ให้แรงขับ ประสิทธิภาพ และความสม่ำเสมอที่จำเป็นสำหรับการใช้งาน UAV สมัยใหม่ เมื่อโดรนแพร่หลายมากขึ้นและบรรทุกน้ำหนักบรรทุกได้มากขึ้น เทคโนโลยีการหมุนวนจะยังคงก้าวหน้าต่อไป โดยรองรับการเติมช่องที่สูงขึ้น และโทโพโลยีการหมุนวนที่เป็นนวัตกรรมใหม่ ซึ่งจะทำให้โดรนรุ่นต่อไปมีความสามารถมากยิ่งขึ้น