無刷電機(jī)為什么會被廣泛應(yīng)用、大放異彩？

無刷電機(jī)在無人機(jī)上的廣泛應(yīng)用源于其在效率、耐用性和性能方面的優(yōu)勢。這些特點(diǎn)特別適合無人機(jī)的需求，尤其是在航模和工業(yè)領(lǐng)域。

首先，無刷電機(jī)效率高。相比有刷電機(jī)，電子換向系統(tǒng)使無刷電機(jī)減少了機(jī)械摩擦，轉(zhuǎn)子能以更高的效率運(yùn)轉(zhuǎn)。這對無人機(jī)尤其關(guān)鍵，因?yàn)轱w行時(shí)間受限于電池容量。高效電機(jī)可以延長飛行時(shí)間，讓無人機(jī)在一次充電中完成更多任務(wù)。

其次，無刷電機(jī)的耐用性好。由于沒有電刷，磨損減少，大幅提高了電機(jī)的使用壽命。這使得無刷電機(jī)成為無人機(jī)這種經(jīng)常在復(fù)雜環(huán)境中運(yùn)行設(shè)備的理想選擇。尤其是在無人機(jī)的拍攝、測繪和物流應(yīng)用中，可靠性至關(guān)重要?？紤]到日本以及亞洲地區(qū)的物流無人機(jī)產(chǎn)業(yè)發(fā)展，無刷電機(jī)的可靠性無疑為減少維護(hù)成本、提高運(yùn)營效率提供了保障。

此外，無刷電機(jī)的功率重量比優(yōu)越。這對于體積和重量限制嚴(yán)格的無人機(jī)設(shè)計(jì)至關(guān)重要。無刷電機(jī)能夠提供更大的功率，而不顯著增加重量。日本的無人機(jī)市場特別重視高性能與便攜性結(jié)合，無刷電機(jī)讓無人機(jī)能在輕量化設(shè)計(jì)下實(shí)現(xiàn)強(qiáng)勁的推力，滿足精確操控和穩(wěn)定飛行需求，特別是在風(fēng)力較大的環(huán)境中進(jìn)行航拍或巡邏任務(wù)時(shí)表現(xiàn)優(yōu)異。

最后，無刷電機(jī)的精確控制能力強(qiáng)。配合電子調(diào)速器（ESC），可以實(shí)現(xiàn)對電機(jī)的精準(zhǔn)調(diào)節(jié)，幫助無人機(jī)在復(fù)雜的飛行條件下保持穩(wěn)定。日本國內(nèi)一些涉及精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)、建筑勘測等應(yīng)用場景，對無人機(jī)的飛行穩(wěn)定性和細(xì)致控制要求較高，這也進(jìn)一步推動(dòng)了無刷電機(jī)的使用。

綜上，正是因?yàn)闊o刷電機(jī)在效率、耐用性、功率重量比和控制精準(zhǔn)性等方面的優(yōu)勢，使它成為無人機(jī)領(lǐng)域的首選，也推動(dòng)了無人機(jī)產(chǎn)業(yè)的快速發(fā)展。

勵(lì)磁無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)原理

不過顯然航模界中的無刷電機(jī)與這個(gè)勵(lì)磁電機(jī)并不是同一個(gè)東西，那么我們常用的無刷電機(jī)里面究竟有些什么技術(shù)、如何解釋那些專業(yè)名詞、以及各種參數(shù)和設(shè)備之間究竟有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？今天就帶大家全面了解一下航模界常用的無刷電機(jī)。

無刷電機(jī)的基本概念

根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，我們可以將電機(jī)分為有刷電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)和外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。

無刷電機(jī)和有刷電機(jī)在結(jié)構(gòu)、性能、效率和維護(hù)需求等方面有顯著區(qū)別。以下是對比這兩種電機(jī)的關(guān)鍵點(diǎn)：

1. 工作原理

• 無刷電機(jī)：采用電子換向，通過電子調(diào)速器（ESC）來控制電流的換向。定子產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。無刷電機(jī)沒有機(jī)械電刷或換向器。

• 有刷電機(jī)：通過機(jī)械換向器和電刷來改變電流方向，推動(dòng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)。定子不動(dòng)，轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)。

2. 效率

• 無刷電機(jī)：效率高，通常在80-90%之間。由于沒有電刷摩擦損耗，能量轉(zhuǎn)換更高效，電機(jī)發(fā)熱少，運(yùn)行更冷靜。

• 有刷電機(jī)：效率較低，通常在70-75%之間。電刷與換向器之間的摩擦?xí)a(chǎn)生能量損失，同時(shí)增加電機(jī)發(fā)熱。

3. 維護(hù)

• 無刷電機(jī)：幾乎無需維護(hù)。由于沒有電刷和換向器，無刷電機(jī)的磨損少，使用壽命長。適合長時(shí)間高負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)的設(shè)備。

• 有刷電機(jī)：需要定期維護(hù)，電刷磨損后需更換。電刷和換向器的磨損會影響性能，并增加維修成本。

4. 使用壽命

• 無刷電機(jī)：壽命長。因?yàn)闆]有電刷磨損，理論上可以持續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)非常長時(shí)間，只受軸承磨損的限制。

• 有刷電機(jī)：壽命相對短。電刷和換向器的摩擦是主要的限制因素，隨著使用時(shí)間的增加，性能會逐漸下降。

5. 轉(zhuǎn)速與控制

• 無刷電機(jī)：通過電子控制實(shí)現(xiàn)精確調(diào)速?？梢栽诤軐挼霓D(zhuǎn)速范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行，轉(zhuǎn)速高且轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定，適合需要高精度控制的應(yīng)用。

• 有刷電機(jī)：控制相對簡單，但轉(zhuǎn)速和效率受限，低速性能較差。換向器的限制使得高轉(zhuǎn)速下的性能不如無刷電機(jī)。

6. 噪音

• 無刷電機(jī)：噪音低。由于沒有電刷與換向器的摩擦，運(yùn)行時(shí)更安靜，振動(dòng)更小。

• 有刷電機(jī)：噪音相對較大，主要來源于電刷與換向器之間的摩擦，隨著使用時(shí)間增加，噪音可能加劇。

7. 成本

• 無刷電機(jī)：初始成本較高。無刷電機(jī)需要額外的電子調(diào)速器（ESC）來控制換向，復(fù)雜度和成本較高，但長期使用成本低。

• 有刷電機(jī)：初始成本較低，但由于需要定期更換電刷和維護(hù)，長期使用成本較高。

8. 應(yīng)用場景

• 無刷電機(jī)：多用于需要高效率、長壽命、高轉(zhuǎn)速和精確控制的場合，如無人機(jī)、機(jī)器人、電動(dòng)工具、電動(dòng)汽車等。

• 有刷電機(jī)：多用于簡單、低成本的應(yīng)用，如玩具、普通電動(dòng)工具、小型家電等，但其使用范圍逐漸被無刷電機(jī)取代。

總結(jié)

無刷電機(jī)在性能和壽命方面明顯優(yōu)于有刷電機(jī)，尤其是在無人機(jī)、機(jī)器人等要求高效率、精確控制和低維護(hù)的領(lǐng)域表現(xiàn)更好。而有刷電機(jī)成本較低，適合不需要高性能的場合，但其維護(hù)頻率高、效率低等缺點(diǎn)使其在現(xiàn)代技術(shù)中的使用逐漸減少。

有刷電機(jī)：我們也稱為直流電機(jī)或者碳刷電機(jī)，是歷史最悠久的電機(jī)類型，也是目前數(shù)量最多的電機(jī)類型。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和電刷來完成的。這種電機(jī)具有造價(jià)相對較低、扭力高、結(jié)構(gòu)簡單、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。不過由于結(jié)構(gòu)限制，所以缺點(diǎn)也比較明顯：1、機(jī)械換向產(chǎn)生的火花引起換向器和電刷摩擦、電磁干擾、噪聲大、壽命短。2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、故障多，需要經(jīng)常維護(hù)。3、由于換向器存在，限制了轉(zhuǎn)子慣量的進(jìn)一步下降，影響了動(dòng)態(tài)性能。所以在模界主要應(yīng)用于速度較慢和對震動(dòng)不敏感的車模、船模上面，航模很少采用有刷電機(jī)。

無刷電機(jī)：這是航模界中除了有刷電機(jī)以外用的最多的一種電機(jī)，無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，采用方波自控式永磁同步電機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢。具有高效率、低能耗、低噪音、超長壽命、高可靠性、可伺服控制、無級變頻調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，至于缺點(diǎn)嘛……就是比有刷的貴、不好維護(hù)，廣泛應(yīng)用于航模、高速車模和船模。

不過，單個(gè)的無刷電機(jī)不是一套完整的動(dòng)力系統(tǒng)，無刷基本必須通過無刷控制器也就是電調(diào)的控制才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)。普通的碳刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)的是繞組，而無刷電機(jī)不論是外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的都是磁鐵。所以任何一個(gè)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成的。

無刷電機(jī)的定子是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場的部分，能夠支撐轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，主要由硅鋼片、漆包線、軸承、支撐件構(gòu)成；而轉(zhuǎn)子則是黏貼釹鐵硼磁鐵，在定子旋轉(zhuǎn)磁場的作用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的部件，主要由轉(zhuǎn)軸、磁鐵、支持件構(gòu)成。除此之外，定子與轉(zhuǎn)子組成的磁極對數(shù)還影響著電機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭力。

無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

無刷電機(jī)的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結(jié)構(gòu)件，起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時(shí)也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件，所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯，這個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。

磁鐵：是安裝在轉(zhuǎn)子上，是無刷電機(jī)的重要組成部分，無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān)，包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。

硅鋼片：是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分，當(dāng)然，無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個(gè)系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運(yùn)轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)軸：是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分，轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。

軸承：是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的保證，軸承可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，而滾動(dòng)軸承又可以細(xì)分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類，而目前大多數(shù)的無刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。

直流無刷電機(jī)的工作原理

直流無刷電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、定子和位置傳感器三部分等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測轉(zhuǎn)子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型

采用磁敏式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場變化。

采用光電式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號。

采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。

簡單而言，直流無刷電機(jī)就是依靠改變輸入到無刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個(gè)繞電機(jī)幾何軸心全轉(zhuǎn)的磁場，這個(gè)磁場驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了，電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系，因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟?，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足模型使用需要。

總的來說，無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是比較簡單的，真正決定其使用性能的還是無刷電子調(diào)速器（也就是電調(diào)），好的電調(diào)需要有單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、復(fù)雜加工工藝等過程的總體控制，所以一般來說價(jià)格要比無刷電機(jī)高出很多。

首先給大家復(fù)習(xí)幾個(gè)基礎(chǔ)定則：左手定則、右手定則、右手螺旋定則。別懵逼，我下面會給大家解釋。

左手定則，這個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受力分析的基礎(chǔ)，簡單說就是磁場中的載流導(dǎo)體，會受到力的作用。

          讓磁感線穿過手掌正面，手指方向?yàn)殡娏鞣较颍竽粗阜较驗(yàn)楫a(chǎn)生磁力的方向，我相信喜歡玩模型的人都還有一定物理基礎(chǔ)的哈哈。

       右手定則，這是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢的基礎(chǔ)，跟左手定則的相反，磁場中的導(dǎo)體因受到力的牽引切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢。

讓磁感線穿過掌心，大拇指方向?yàn)檫\(yùn)動(dòng)方向，手指方向?yàn)楫a(chǎn)生的電動(dòng)勢方向。為什么要講感生電動(dòng)勢呢？不知道大家有沒有類似的經(jīng)歷，把電機(jī)的三相線合在一起，用手去轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)會發(fā)現(xiàn)阻力非常大，這就是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)過程中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢，從而產(chǎn)生電流，磁場中電流流過導(dǎo)體又會產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力，大家就會感覺轉(zhuǎn)動(dòng)有很大的阻力。不信可以試試。

三相線分開，電機(jī)可以輕松轉(zhuǎn)動(dòng)

三相線合并，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力非常大

右手螺旋定則，用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方

   向一致，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極。

這個(gè)定則是通電線圈判斷極性的基礎(chǔ)，紅色箭頭方向即為電流方向。

看完了三大定則，我們接下來先看看電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理。

第一部分：直流電機(jī)模型

我們找到一個(gè)中學(xué)物理學(xué)過的直流電機(jī)的模型，通過磁回路分析法來進(jìn)行一個(gè)簡單的分析。

狀態(tài)1

當(dāng)兩頭的線圈通上電流時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B（如粗箭頭方向所示），而中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。

當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場方向與外部磁場方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩最大。注意這里說的是“力矩”最大，而不是“力”最大。誠然，在轉(zhuǎn)子磁場與外部磁場方向一致時(shí)，轉(zhuǎn)子所受磁力最大，但此時(shí)轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，力臂為0，當(dāng)然也就不會轉(zhuǎn)動(dòng)了。補(bǔ)充一句，力矩是力與力臂的乘積。其中一個(gè)為零，乘積就為零了。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，雖然不再受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，但由于慣性原因，還會繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)若改變兩頭螺線管的電流方向，如下圖所示，轉(zhuǎn)子就會繼續(xù)順時(shí)針向前轉(zhuǎn)動(dòng)，

狀態(tài)2

如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會不停轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動(dòng)作，就叫做換相。補(bǔ)充一句：何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與其他任何量無直接關(guān)系。

第二部分：三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

一般來說，定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角聯(lián)結(jié)方式，而“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”最為常用，這里就用該模型來做個(gè)簡單分析。

上圖顯示了定子繞組的聯(lián)結(jié)方式（轉(zhuǎn)子未畫出假想是個(gè)二極磁鐵），三個(gè)繞組通過中心的連接點(diǎn)以“Y”型的方式被聯(lián)結(jié)在一起。整個(gè)電機(jī)就引出三根線A, B, C。當(dāng)它們之間兩兩通電時(shí)，有6種情況，分別是AB, AC, BC, BA, CA, CB注意這是有順序的。

       下面我看第一階段：AB相通電

當(dāng)AB相通電，則A極線圈產(chǎn)生的磁感線方向如紅色箭頭所示，B極產(chǎn)生的磁感線方向如圖藍(lán)色箭頭所示，那么產(chǎn)生的合力方向即為綠色箭頭所示，那么假設(shè)其中有一個(gè)二極磁鐵，則根據(jù)“中間的轉(zhuǎn)子會盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致”則N極方向會與綠色箭頭所示方向重合。至于C，暫時(shí)沒他什么事。

       第二階段：AC相通電

第三階段：BC相通電

第三階段：BA相通電

為了節(jié)省篇幅，我們就不一一描述CA\CB的模型，大家可以自己類推一下。以下為中間磁鐵（轉(zhuǎn)子）的狀態(tài)圖：

每個(gè)過程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度

六個(gè)過程即完成了完整的轉(zhuǎn)動(dòng)，其中6次換相。

第三部分：三相多繞組多極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

      我們再來看一個(gè)復(fù)雜點(diǎn)的，圖(a)是一個(gè)三相九繞組六極（三對極）內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，它的繞組連線方式見圖 (b)。從圖(b)可見，其三相繞組也是在中間點(diǎn)連接在一起的，也屬于星形聯(lián)結(jié)方式。一般而言，電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的（比如用9繞組6極，而不是6繞組6極），這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸對齊。

其運(yùn)動(dòng)的原則是：轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對齊的運(yùn)動(dòng)趨勢，而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對齊的運(yùn)動(dòng)趨勢。

即為S與N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的區(qū)別。

好吧，還是再幫大家分析一下吧，

第一階段：AB相通電

第二階段：AC相通電

第三階段：BC相通電

第四階段：BA通電

第五階段：CA通電

第六階段：CB通電

以上為六個(gè)不同的通電狀態(tài)，其中經(jīng)歷了五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程。每個(gè)過程為20度。

第四部分：外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)

       看完了內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們來看外轉(zhuǎn)子的。其區(qū)別就在于，外轉(zhuǎn)子電機(jī)將原來處于中心位置的磁鋼做成一片片，貼到了外殼上，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是整個(gè)外殼在轉(zhuǎn)，而中間的線圈定子不動(dòng)。外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)較內(nèi)轉(zhuǎn)子來說，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大很多（因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上），所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)要慢，通常KV值在幾百到幾千之間。也是航模主要運(yùn)用的無刷電機(jī)

       順便啰嗦一下吧。無刷電機(jī)KV值定義為：轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓每增加1伏特，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。比如說，標(biāo)稱值為1000KV的外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)，在11伏的電壓條件下，最大空載轉(zhuǎn)速即為：11000rpm（rpm的含義是：轉(zhuǎn)/分鐘）。

同系列同外形尺寸的無刷電機(jī)，根據(jù)繞線匝數(shù)的多少，會表現(xiàn)出不同的KV特性。繞線匝數(shù)多的，KV值低，最高輸出電流小，扭力大；繞線匝數(shù)少的，KV值高，最高輸出電流大，扭力小。我先前測試過穿越機(jī)2204電機(jī)的極限電流，單電機(jī)能彪上25A，而2212系列電機(jī)15A都上不了。

外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)：

       分析方法也和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)類似，大家可以自己分析一下，根據(jù)右手螺旋定理判斷線圈的N/S極，轉(zhuǎn)子永磁體的N極與定子繞組的S極有對齊（吸引）的趨勢，轉(zhuǎn)子永磁體的S極與定子繞組的N極有對齊（吸引）的趨勢，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

       經(jīng)典無刷電機(jī)2212 1000kv電機(jī)結(jié)構(gòu)分析。

圖為2212電機(jī)的（解剖圖）

其結(jié)構(gòu)如下：定子繞組固定在底座上，轉(zhuǎn)軸和外殼固定在一起形成轉(zhuǎn)子，插入定子中間的軸承。

圖為xxd2212線圈拆解圖

圖為12繞組14極（即7對極），電機(jī)繞組繞發(fā)圖。

后面畫出了6種兩相通電的情形，可以看出，盡管繞組和磁極的數(shù)量可以有許多種變化，但從電調(diào)控制的角度看，其通電次序其實(shí)是相同的，也就是說，不管外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的順序進(jìn)行通電換相。當(dāng)然，如果你想讓電機(jī)反轉(zhuǎn)的話，電子方法是按倒過來的次序通電；物理方法直接對調(diào)任意兩根線，假設(shè)A和B對調(diào)，那么順序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA，大家有沒有發(fā)現(xiàn)這里順序就完全倒過來了。

AB相通電

AC相通電

BC相通電

BA相通電

CA相通電

CB相通電

要說明一下的是，由于每根引出線同時(shí)接入兩個(gè)繞組，所以電流是分兩路走的。這里為使問題盡量簡單化，下面幾個(gè)圖中只畫出了主要一路的電流方向，還有一路電流未畫出，另一路電流的具體情況放在后面進(jìn)行分析，涉及到電路檢測換相位置。

無刷電機(jī)中的專業(yè)名詞

額定電壓：也就是無刷電機(jī)適合的工作電壓，其實(shí)無刷電機(jī)適合的工作電壓非常廣，額定電壓是指定了負(fù)載條件而得出的情況。例如說，2212-850KV電機(jī)指定了1045螺旋槳的負(fù)載，其額定工作電壓就是11V。如果減小負(fù)載，例如帶7040螺旋槳，那這個(gè)電機(jī)完全可以工作在22V電壓下。但是這個(gè)工作電壓也不是無限上升的，主要受制于電子控制器支持的最高頻率。所以說，額定工作是由工作環(huán)境決定的。

KV值：有刷直流電機(jī)是根據(jù)額定工作電壓來標(biāo)注額定轉(zhuǎn)速的，無刷電機(jī)引入了KV值的概念，而讓用戶可以直觀的知道無刷電機(jī)在具體的工作電壓下的具體轉(zhuǎn)速。實(shí)際轉(zhuǎn)速=KV值*工作電壓，這就是KV的實(shí)際意義，就是在1V工作電壓下每分鐘的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓呈正比關(guān)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會隨著電壓上升而線性上升。例如，2212-850KV電機(jī)在10V電壓下的轉(zhuǎn)速就是：850*10=8500RPM(RPM，每分鐘轉(zhuǎn)速)。

轉(zhuǎn)矩：(力矩、扭矩)電機(jī)中轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的可以用來帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力矩，我們可以理解電機(jī)的力量。

轉(zhuǎn)速：電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速，一般用RPM表示。 

最大電流：電機(jī)能夠承受并安全工作的最大電流

最大功率：電機(jī)能夠承受并安全工作的最大功率 功率=電壓*電流

無刷電機(jī)功率和效率

我們可以簡單的理解為電機(jī)輸出功率=轉(zhuǎn)速*扭矩，在同等的功率下，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是一個(gè)此消彼長的關(guān)系，即同一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，必定其轉(zhuǎn)矩越低，相反也依然。不可能要求個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也更高，轉(zhuǎn)矩也更高，這個(gè)規(guī)律通用于所有電機(jī)。例如：2212-850KV電機(jī)，在11V的情況下可以帶動(dòng)1045槳，如果將電壓上升一倍，其轉(zhuǎn)速也提高一倍，如果此時(shí)負(fù)載仍然是1045槳，那該電機(jī)將很快因?yàn)殡娏骱蜏囟鹊募眲∩仙鵁龤А?br data-filtered="filtered" style="-webkit-tap-highlight-color: transparent; margin: 0px; padding: 0px; outline: 0px; max-width: 100%; box-sizing: border-box !important; overflow-wrap: break-word !important; text-size-adjust: none;"/>
每個(gè)電機(jī)都有自己的力量上限，最大功率就是這個(gè)上限，如果工作情況超過了這個(gè)最大功率，就會導(dǎo)致電機(jī)高溫?zé)龤?。?dāng)然，這個(gè)最大功率也是指定了工作電壓情況下得出的，如果是在更高的工作電壓下，合理的最大功率也將提高。這是因?yàn)椋篞=I2R，導(dǎo)體的發(fā)熱與電流的平方是正比關(guān)系，在更高的電壓下，如果是同樣的功率，電流將下降導(dǎo)致發(fā)熱減少，使得最大功率增加。這也解釋了為什么在專業(yè)的航拍飛行器上，大量使用22.2V甚至30V電池來驅(qū)動(dòng)多軸飛行器，高壓下的無刷電機(jī)，電流小、發(fā)熱小、效率更高。

經(jīng)常有人問：2208 1000KV和2216 1000KV有什么不同，都是1000KV，不是都一樣嗎?呵呵，差別可大了。

在電機(jī)直徑、KV值都一樣的情況下，電機(jī)更高的電機(jī)自然功率越大，功率越大的電機(jī)自然能夠帶動(dòng)的負(fù)載越大。好比一個(gè)男人100斤，一個(gè)男人160斤，你讓他們?nèi)ケ骋淮?0斤的大米，100斤的男人雖然說稍稍有點(diǎn)吃力但也能背，160斤的男人覺得是小菜。但，如果是讓他們背兩袋米呢?160斤的男人咬咬牙也背起來了，100斤的男人恐怕腰都直不起來，這就是他們的差異。對于電機(jī)來說，工作越輕松，效率越高，利用前面的理論就是，鐵耗也低銅耗也低。

記住這個(gè)公式（劃重點(diǎn)）：扭矩與電流的平方成正比

隨著電機(jī)工作的越來越累，它的效率會迅速的降低。所以說選擇多軸電機(jī)，必須選擇合適功率電機(jī)以及與他搭配的螺旋槳，讓電機(jī)工作在相對輕松的狀態(tài)，一般來說懸停時(shí)工作功率是最大功率的30-45%之間比較好。不可小牛拉大車，也不能大牛拉小車。

無刷電機(jī)電壓與效率的關(guān)系

先上兩個(gè)公式：
1、功率=電壓*電流
2、發(fā)熱量=電流的平方*電阻

由公式得出兩個(gè)結(jié)論：在同功率下，電壓越高電流越小，并推出：在同功率下，電壓越高發(fā)熱量越小。最后得出結(jié)論：同一個(gè)飛行器，使用的電壓越高，電流越小并且發(fā)熱越少，效率越高。

現(xiàn)在知道為什么高壓電線要上100KV甚至220KV、550KV(這個(gè)KV是千伏)的高電壓了吧。

當(dāng)然，飛行器是需要電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，準(zhǔn)確的說是鋰電池，鋰電池的片數(shù)自然取決于電池的大小，越大的電池自然能做的越高電壓。所以在電壓這方面，其實(shí)我們能做的并不多，因?yàn)槭袌錾系碾姵睾芏喽际窍盗谢模热缯f450這樣的機(jī)型，你可以去找450直升機(jī)的6S電池，但是價(jià)格很高，而且需要的電調(diào)價(jià)格也要高一些。所以在電壓這方面我們應(yīng)該做的就是：盡量避免大機(jī)型用低壓電池，那樣會造成工作電流相對高一些，從而銅耗較大。同時(shí)，也要避免小型飛機(jī)用高壓電池，那樣電池的重量太大。


關(guān)于無刷電機(jī)的磁極對數(shù)

磁場的旋轉(zhuǎn)速度又稱同步轉(zhuǎn)速，它與三相電流的頻率和磁極對數(shù)p有關(guān)。若定子繞組，在任一時(shí)刻合成的磁場只有一對磁極(磁極對數(shù)p=1)，即只有兩個(gè)磁極，對只有一對磁極的旋轉(zhuǎn)磁場而言,三相電流變化一周,合成磁場也隨之旋轉(zhuǎn)一周，如果是50hz的交流電，旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速就是50轉(zhuǎn)/秒或3000轉(zhuǎn)/分，在工程技術(shù)中，常用轉(zhuǎn)/分（r/min）來表示轉(zhuǎn)速。如果定子繞組合成的磁場有兩對磁極(磁極對數(shù)p=2)，即有四個(gè)磁極，可以證明，電流變化一個(gè)周期，合成磁場在空間旋轉(zhuǎn)180度，由此可以推廣得出：p對磁極旋轉(zhuǎn)磁場每分鐘的同步轉(zhuǎn)速為n=60f/p。

當(dāng)磁極對數(shù)一定時(shí)，如果改變交流電的頻率，則可改變旋轉(zhuǎn)磁場的同步轉(zhuǎn)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。由于電機(jī)的磁極是成對出現(xiàn)的，所以也常用極對數(shù)表示。

關(guān)于無刷電機(jī)的磁鐵

模界的無刷電機(jī)幾乎100%用的“磁王”——釹鐵硼磁鐵，用磁王來形容釹鐵硼磁鐵是當(dāng)之無愧的，釹鐵硼磁鐵是我們生活中常見的黑乎乎的鐵氧體磁鐵磁性的3倍！當(dāng)然了，價(jià)格更是鐵氧體磁鐵的10倍以上。無刷電機(jī)終歸屬于永磁電機(jī)，而永磁電機(jī)的功率、特點(diǎn)等特性完全取決于磁鐵。基本可以說吧，磁鐵的體積與牌號決定了電機(jī)的最大功率。

另外還有磁鐵形狀上的差異，如果拆開一些廉價(jià)的電機(jī)你就會有一個(gè)發(fā)現(xiàn)，絕大部分的磁鐵形狀都是方片行。方片形的磁鐵加工簡單，價(jià)格相對便宜，自然成了追求成本電機(jī)的最佳選擇。而很多品牌電機(jī)選擇了弧形磁鐵，弧形可以保證磁鐵和硅鋼片的氣隙一直保持一致，似乎功率上和效率上都勝過了方形磁鐵一籌。但是，在拆開一些電機(jī)也發(fā)現(xiàn)了被稱之為面包型的磁鐵，他們能夠和鐵殼完整的貼合在一起，和硅鋼片的距離卻是和方形磁鐵一樣，都不是一致的。關(guān)于這種磁鐵，在請教了一些業(yè)內(nèi)人士，他們確信這種磁鐵比弧形磁鐵效果還要更佳，在此不做結(jié)論。

不過還有一種情況采用方形磁鐵其實(shí)也是可以的，在多槽數(shù)多極數(shù)的無刷電機(jī)（比如說36槽42極電機(jī)），基本都是采用了方形磁鐵，這是因?yàn)殍F殼直徑很大，方形磁鐵也能很好的和鐵殼粘合，并且和硅鋼片的氣隙也很均勻。

關(guān)于無刷電機(jī)的硅鋼片

其實(shí)初中讀電磁學(xué)的時(shí)候，我經(jīng)常想的問題是，電機(jī)為什么需要硅鋼片呢?不是說通電的導(dǎo)體在磁場中就能產(chǎn)生作用嗎?那為什么還需要硅鋼片呢。后來我想了很久很久終于得出一個(gè)結(jié)論，那就是搞設(shè)計(jì)的人不會比你傻!

空氣是弱導(dǎo)磁的，但鐵是導(dǎo)磁的，硅鋼片的作用就是把磁鐵的磁路引導(dǎo)過來并形成回路，這就需要電機(jī)磁阻(大家把它等同理解為電阻即可)比較小。但是大家都看見了，為什么定子上面怎么都是一片一片構(gòu)成的呢?

大家知道電磁爐的原理嗎?為什么鐵鍋放上電磁爐上面就會發(fā)熱?其實(shí)這就是因?yàn)?----類似于鐵的材料放在快速變化的電磁場中(大家想想交流電吧，那個(gè)電是瞬間飛來飛去，不像直流電永遠(yuǎn)是正極到負(fù)極)會產(chǎn)生渦流損耗而發(fā)熱，并且頻率越高發(fā)熱量越大。硅鋼片處在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場當(dāng)中，就是和那放在電磁爐上的鐵鍋一樣遇到了同樣的問題，解決的辦法就是往鋼里添加硅并且做成薄片，理論上越薄的硅鋼片產(chǎn)生的渦流損耗就越小。

所以大家是不是明白了普通的固定翼電機(jī)大都是比較厚的0.35MM硅鋼片，而直升機(jī)和涵道機(jī)電機(jī)大都是用0.2MM硅鋼片的原因呢?電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，磁場變化越快，那渦流損耗就越大。現(xiàn)在大多數(shù)的多軸電機(jī)都使用了0.2MM單片的硅鋼片，這樣做成的電機(jī)鐵耗就會更低。

相關(guān)小知識：為什么高KV電機(jī)在全油門空轉(zhuǎn)的情況下下會發(fā)熱很厲害呢?

答案是：產(chǎn)生熱量的不是銅線，因?yàn)榇藭r(shí)通過的電流很小。產(chǎn)生熱量的正是渦流損耗和磁滯損耗，因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)完全空載，轉(zhuǎn)速比較高，渦流損耗大，而所有的損耗最后都變成了熱量。

關(guān)于無刷電機(jī)使用與保養(yǎng)

直流無刷電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并在多個(gè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。用戶在使用直流無刷電機(jī)時(shí)有一些問題也是需要注意的，那么具體使用直流無刷電機(jī)要注意什么呢?

(1)在拆卸前，要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。
(2)選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn)，清理現(xiàn)場環(huán)境。
(3)熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。
(4)準(zhǔn)備好解體所需工具(包括專用工具)和設(shè)備。
(5)為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷，有條件時(shí)可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此，將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn)，詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動(dòng)等情況。

本文整理自

《迄今最全的無刷電機(jī)工作及控制原理分享》作者：少帥-Z

《老司機(jī)帶你全面了解無刷電機(jī)》新浪博客