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无人机技术各(gè)模块详解与技术分(fèn)析(xī)

 

本文向各位无(wú)人机(jī)航模(mó)爱好者介绍下电机的(de)种类(有刷电机和(hé)无刷(shuā)电机)、转速调节器(简称电调)。

电动飞机的动力,主要是指两个元件:第一就是电机(Motor),也称马达,第二是(shì)电调。

电调(diào)的作(zuò)用(yòng)是控(kòng)制电机转(zhuǎn)速的调(diào)速器(qì)(Speed Controller),很久之前早期的调速器是(shì)使用(yòng)舵机控制可(kě)调电阻拨片来(lái)实现,此类称为机械调速器,现已退出历史舞台(tái),仅能在一些(xiē)复刻车架包装盒或者说明书(shū)上看到其照片。现在(zài)我(wǒ)们说调速器,都是指电子调速器,简称电(diàn)调,英文Electronic Speed Controller,缩(suō)写ESC

按大(dà)类来分(fèn),可分为有刷动力和无刷动(dòng)力。即有刷电调搭配有刷电机(jī),以(yǐ)及(jí)无刷(shuā)电调搭配(pèi)无(wú)刷电机。

有刷(shuā)电机与无刷电(diàn)机

车(chē)模用的(de)电机(jī),全部都是(shì)内(nèi)转子电机,也就是电机(jī)外壳是(shì)固(gù)定(dìng)的,靠里面圆形转(zhuǎn)子转动。外转子的(de)这里不予讨论,想(xiǎng)要了(le)解外转子与内转子的,可以自行百度(dù)了(le)解。

有刷电(diàn)机:早期的(de)电机,是将磁铁固(gù)定在电机外(wài)壳(ké)或者底座,成为定子(zǐ)。然后将线圈绕(rào)组(zǔ),成为(wéi)转子(zǐ),模型车用有刷电(diàn)机常见都是(shì)3组绕线。

有刷(shuā)电机最基本的组成部分除了定子,转子(zǐ),还有碳(tàn)刷,有刷电机因此也叫碳刷电机,或者有碳(tàn)刷电机。碳刷通过与绕(rào)组上(shàng)的铜头接触,让电机得(dé)以转动。但(dàn)是由于由于(yú)高(gāo)速转动时,会带来(lái)碳刷的(de)磨损,因此有(yǒu)刷电机需(xū)要在碳刷用(yòng)完(wán)之(zhī)后,更换碳刷。而铜头也(yě)会磨损,因此在有碳刷时代的竞赛电(diàn)机(jī),除了更换碳(tàn)刷,还需要打(dǎ)磨铜头,让铜头保持光滑。更换碳刷后(hòu)还需要磨合,让碳(tàn)刷与铜头(tóu)的接(jiē)触面积最大化,以实现最大电流来(lái)提(tí)高电机的转速/扭矩。

无刷电机:既(jì)然有刷(shuā)有(yǒu)以上(shàng)的(de)弊端,于是(shì)无刷便应(yīng)运而生。

无刷是把线圈(quān)绕在(zài)定子上,然后把磁(cí)铁做(zuò)成转子,转动的(de)是磁(cí)铁,而不是线圈(quān),因此就没有了碳刷这(zhè)个消(xiāo)耗品。

既然线圈固(gù)定了,那么如(rú)何让(ràng)线圈产(chǎn)生变化的磁(cí)场呢?这就(jiù)是(shì)为什么无刷需要3根线的(de)原因了。利(lì)用(yòng)无(wú)刷电调,给线圈组对应(yīng)地(dì)供电以产生(shēng)相应的磁(cí)场,就可(kě)以(yǐ)实现不停地(dì)驱(qū)动磁铁转子保(bǎo)持转动。

总结:无论(lùn)有刷电机(jī)还是无刷电机,基本原理都是通过线(xiàn)圈产生磁场(chǎng),然(rán)后(hòu)搭配(pèi)永磁铁来驱动转子(zǐ)转动。有刷是把永磁(cí)铁做成定子,线圈做成转(zhuǎn)子。而(ér)无刷则是把线圈做(zuò)成定(dìng)子,永磁铁做成圆形的转(zhuǎn)子。

电(diàn)机使用小提示:玩(wán)家(jiā)面向马达输出轴,马达以(yǐ)逆时针转动时,车架是前进(jìn)方向,则是标(biāo)准的车(chē)架(jià)设计。如果(guǒ)某些车架使用非标设计,那么(me)就会变成马达逆时(shí)针转动时,车子(zǐ)反而后退。当然也有可能是一些轴车玩家安装过(guò)程(chéng)出错,将差速的左(zuǒ)右装反了(le),也会出现反向的错误(wù)。

有(yǒu)刷电调与无刷电调

有刷电调,说完有刷电机,自然要提及到(dào)有(yǒu)刷(shuā)电调,有刷电调就是用来控制(zhì)有刷电机转速的设(shè)备(bèi)了。

有刷(shuā)电调(diào)往(wǎng)往只有4根(gēn)线(xiàn),2根是输入电源(yuán)端,接到正负(fù)极。另外2根(gēn)则是控(kòng)制电机转速的(de)输出端(duān),接到电机的2个电极上。通过改变电流(liú)/电压以及传(chuán)导方向(xiàng)就(jiù)可以实现(xiàn)对转速以及(jí)正反的控制。

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

无(wú)刷(shuā)电调,和(hé)有刷一样道理,无刷(shuā)电(diàn)机需要工作(zuò),就(jiù)必然需要一个无刷电调。

无刷电调输入端(duān)一样是(shì)2根线,正负极(jí)电源。但是(shì)无刷输出则需(xū)要3根线(xiàn)。原理上(shàng)面我们介绍(shào)无刷电机(jī)的(de)时候说过了,就是靠3根线不停地改变磁场以驱动(dòng)转(zhuǎn)子转动。

说完原理,我(wǒ)们就知道,无刷电(diàn)机必须使用无刷(shuā)电调才可以(yǐ)。而有刷电机则需要使用有刷电(diàn)调才行。但是部分无刷电(diàn)调可(kě)以(yǐ)通过改写(xiě)内(nèi)置程序,让输(shū)出的3根(gēn)线桥搭成2根,用(yòng)以驱动有刷(shuā)电机。好盈科技之前(qián)就曾(céng)经(jīng)推出过此(cǐ)类产品(pǐn),不过(guò)早已停产,因为(wéi)无刷已经成为(wéi)主流(liú)。

说完基(jī)本原理,下面来说(shuō)一(yī)些电机的基本参数(shù)及其(qí)意义。

电机常见参数(shù):T数,转速,无刷电机KV值,尺寸,轴径(jìng),2极(jí)/4极是什么,有(yǒu)感和(hé)无感是什么?

电机T数(shù):

T,英文Turn,线圈绕了多少圈的意思,例如线圈(quān)绕了21圈(quān),则称为21T。某些品牌也称为(wéi)RRound的(de)缩(suō)写,相同的意思,都是绕线圈数。

有刷电机(jī)因为绕(rào)线都(dōu)是(shì)从铜头开始,然(rán)后(hòu)也在铜(tóng)头(tóu)处结束,因此(cǐ)有刷都是整(zhěng)数(shù)圈,例如(rú)20T30T等等。

无刷电机因为结(jié)构限制,常见都是从输入端开始,结束于另(lìng)外一侧(cè),因此常见(jiàn)都(dōu)是多半圈,于是大多(duō)数都是4.58.521.5T这样的。也有(yǒu)一(yī)些结构比较特殊的(de)是(shì)整(zhěng)数圈,例如(rú)4T。这种整数(shù)圈的相对很少(shǎo)。

不(bú)管无人机电机(jī)有(yǒu)刷还是无刷,同系列(liè)相同(tóng)尺寸的(de)情况下,都是线(xiàn)圈是越小,则电机(jī)的转速与扭矩越大(dà),耗电与发热越高,能(néng)提供更强劲的(de)动力输出。此前我们都有留意到网(wǎng)上不少流传,说T数高的电机,扭(niǔ)力比T数低的(de)要大。这个是(shì)完完(wán)全(quán)全的误区。电机的T数类似于真车的排量(liàng),T数越小则相(xiàng)当于排量越高(gāo),能提供越大的功率和扭矩(jǔ)。选择(zé)什么T数,则(zé)是根据需要搭(dā)配的问题(tí),还要(yào)牵涉到齿轮比的搭配。

无刷电机和有(yǒu)刷电机之间的T数对应(yīng)关(guān)系:往往(wǎng)我们认为无刷电机的T数,乘(chéng)以2~2.5之间,得出的数值,这个数值T数(shù)的有刷(shuā),就与这个无刷T数的功率(lǜ)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(de)有刷接近;再例如一个21.5T的无刷,跟一个43~55T之间的有(yǒu)刷接近。

转速/KV值:

有刷电机有些会(huì)标出转速,例如30000rpm @ 7.2V,意思(sī)则是7.2V时电机可以实现三万转(zhuǎn)每分(fèn)钟的空载转速。

无刷(shuā)电机(jī)则常见是(shì)标KV值(zhí),无刷(shuā)的KV值(zhí)是无刷(shuā)特有,是指电压每增加1V,电机的转速增加(jiā)多少(shǎo)RPM,例如3000KV意思(sī)则为每提高(gāo)1V的电压(yā)能让电机转速增(zēng)加(jiā)3000RPM,因此我们可以换算得到这个电机在8.4V满电(diàn)的锂电(diàn)下,转速是8.4*3000=25200RPM

无(wú)刷电(diàn)机一但做好,其T数和KV值则(zé)是固定(dìng)的(de),例如某(mǒu)品牌某型(xíng)号的8.5T4000KV10.5T是(shì)3300KV这样。于是无(wú)刷电机在销售时有些会只标T数,或(huò)者(zhě)只标KV值,并(bìng)非所有型号都(dōu)会标上T数和KV值,但是在规格(gé)参数中这2项基(jī)本都不会缺席(xí)。

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

输出轴径:

电机需要带动车子转动(dòng),要输(shū)出动力(lì),自(zì)然是需要(yào)靠输出的那根(gēn)轴来安装马达齿或者传动(dòng)轴,于是这根输出轴(zhóu)的尺寸(cùn)就成了必须要考(kǎo)虑的因(yīn)素。常见轴(zhóu)径有:2mm3.175mm5mm8mm

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