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我的无人机第一天

紫_年
 紫_年
发布于 2016/09/27 12:23
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本文向各位无人机航模爱好者介绍下电机的种类(有刷电机和无刷电机)、转速调节器(简称电调)。

电动飞机的动力,主要是指2个元件:第一就是电机(Motor),也称马达,第二是电调。

电调的作用是控制电机转速的调速器(Speed Controller),很久之前早期的调速器是使用舵机控制可调电阻拨片来实现,此类称为机械调速器,现已退出历史舞台,仅能在一些复刻车架包装盒或者说明书上看到其照片。现在我们说调速器,都是指电子调速器,简称电调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC

按大类来分,可分为有刷动力和无刷动力。即有刷电调搭配有刷电机,以及无刷电调搭配无刷电机。

有刷电机与无刷电机

车模用的电机,全部都是内转子电机,也就是电机外壳是固定的,靠里面圆形转子转动。外转子的这里不予讨论,想要了解外转子与内转子的,可以自行百度了解。

有刷电机:早期的电机,是将磁铁固定在电机外壳或者底座,成为定子。然后将线圈绕组,成为转子,模型车用有刷电机常见都是3组绕线,下图就是典型的有刷电机构造。

通过图片可见有刷电机最基本的组成部分除了定子,转子,还有碳刷,有刷电机因此也叫碳刷电机,或者有碳刷电机。碳刷通过与绕组上的铜头接触,让电机得以转动。但是由于由于高速转动时,会带来碳刷的磨损,因此有刷电机需要在碳刷用完之后,更换碳刷。而铜头也会磨损,因此在有碳刷时代的竞赛电机,除了更换碳刷,还需要打磨铜头,让铜头保持光滑。更换碳刷后还需要磨合,让碳刷与铜头的接触面积最大化,以实现最大电流来提高电机的转速/扭矩。

无刷电机:既然有刷有以上的弊端,于是无刷便应运而生。

无刷是把线圈绕在定子上,然后把磁铁做成转子,转动的是磁铁,而不是线圈,因此就没有了碳刷这个消耗品。

既然线圈固定了,那么如何让线圈产生变化的磁场呢?这就是为什么无刷需要3根线的原因了。利用无刷电调,给线圈组对应地供电以产生相应的磁场,就可以实现不停地驱动磁铁转子保持转动。

下图就是无刷电机的最基本原理,动画图十分简单易懂,就是我们现在主流的2极电机的驱动原理。

总结:无论有刷电机还是无数电机,基本原理都是通过线圈产生磁场,然后搭配永磁铁来驱动转子转动。有刷是把永磁铁做成定子,线圈做成转子。而无刷则是把线圈做成定子,永磁铁做成圆形的转子。

电机使用小提示:玩家面向马达输出轴,马达以逆时针转动时,车架是前进方向,则是标准的车架设计。如果某些车架使用非标设计,那么就会变成马达逆时针转动时,车子反而后退。当然也有可能是一些轴车玩家安装过程出错,将差速的左右装反了,也会出现反向的错误。

有刷电调与无刷电调

有刷电调,说完有刷电机,自然要提及到有刷电调,有刷电调就是用来控制有刷电机转速的设备了。

有刷电调往往只有4根线,2根是输入电源端,接到正负极。另外2根则是控制电机转速的输出端,接到电机的2个电极上。通过改变电流/电压以及传导方向就可以实现对转速以及正反的控制。

下图是好盈酷跑60A防水型有刷电调,此电调的详细参数参考翼趣无人机网所列。

 

以前的顶级竞赛级有刷电调是不带倒车的,因此只有3根线柱,接到电机正极的线和电池正极是同一根线柱。

无刷电调,和有刷一样道理,无刷电机需要工作,就必然需要一个无刷电调。

无刷电调输入端一样是2根线,正负极电源。但是无刷输出则需要3根线。原理上面我们介绍无刷电机的时候说过了,就是靠3根线不停地改变磁场以驱动转子转动。

下图是目前好盈顶级V3.1版120A电调

 

说完原理,我们就知道,无刷电机必须使用无刷电调才可以。而有刷电机则需要使用有刷电调才行。但是部分无刷电调可以通过改写内置程序,让输出的3根线桥搭成2根,用以驱动有刷电机。好盈科技之前就曾经推出过此类产品,不过早已停产因为无刷已经成为主流。

说完基本原理,下面来说一些电机的基本参数及其意义。

电机常见参数:T数,转速,无刷电机KV值,尺寸,轴径,2极/4极是什么,有感和无感是什么?

电机T数:

T,英文Turn,线圈绕了多少圈的意思,例如线圈绕了21圈,则称为21T。某些品牌也称为R,Round的缩写,相同的意思,都是绕线圈数。

有刷电机因为绕线都是从铜头开始,然后也在铜头处结束,因此有刷都是整数圈,例如20T,30T等等。

无刷电机因为结构限制,常见都是从输入端开始,结束于另外一侧,因此常见都是多半圈,于是大多数都是4.5,8.5,21.5T这样的。也有一些结构比较特殊的是整数圈,例如4T。这种整数圈的相对很少。

不管无人机电机有刷还是无刷,同系列相同尺寸的情况下,都是线圈是越小,则电机的转速与扭矩越大,耗电与发热越高,能提供更强劲的动力输出。此前我们都有留意到网上不少流传,说T数高的电机,扭力比T数低的要大。这个是完完全全的误区。电机的T数类似于真车的排量,T数越小则相当于排量越高,能提供越大的功率和扭矩。选择什么T数,则是根据需要搭配的问题,还要牵涉到齿轮比的搭配。

无刷电机和有刷电机之间的T数对应关系:往往我们认为无刷电机的T数,乘以2~2.5之间,得出的数值,这个数值T数的有刷,就与这个无刷T数的功率与扭矩比较接近。例如一个8.5T的无刷,大约就是17~21T之间的有刷接近;再例如一个21.5T的无刷,跟一个43~55T之间的有刷接近。

转速/KV值:

有刷电机有些会标出转速,例如30000rpm @ 7.2V,意思则是7.2V时电机可以实现三万转每分钟的空载转速。

无刷电机则常见是标KV值,无刷的KV值是无刷特有,是指电压每增加1V,电机的转速增加多少RPM,例如3000KV意思则为每提高1V的电压能让电机转速增加3000RPM,因此我们可以换算得到这个电机在8.4V满电的锂电下,转速是8.4*3000=25200RPM

无刷电机一但做好,其T数和KV值则是固定的,例如某品牌某型号的8.5T是4000KV,10.5T是3300KV这样。于是无刷电机在销售时有些会只标T数,或者只标KV值,并非所有型号都会标上T数和KV值,但是在规格参数中这2项基本都不会缺席。

标T数的,主要是3650的电机,而其他类型的则主要标KV值。这个是国际惯例有关的问题。

输出轴径:

电机需要带动车子转动,要输出动力,自然是需要靠输出的那根轴来安装马达齿或者传动轴,于是这根输出轴的尺寸就成了必须要考虑的因素。常见轴径有:2mm,3.175mm,5mm,8mm。

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