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无人机技术各模块详解与技术分析

 

本文向各位无人机航模爱好者介绍下电机的(de)种类(有刷电机(jī)和无刷电机)、转速调节器(简(jiǎn)称电调)。

电动飞机(jī)的动(dòng)力,主要是(shì)指两(liǎng)个元件:第一(yī)就(jiù)是电机(Motor),也称马达,第二是电调。

电调的作用是控制(zhì)电(diàn)机转(zhuǎn)速的调速(sù)器(Speed Controller),很久(jiǔ)之前(qián)早期的调速器是使用舵机控制可调(diào)电(diàn)阻拨片来实(shí)现,此类称为(wéi)机械(xiè)调(diào)速(sù)器(qì),现已退出(chū)历史舞台,仅能(néng)在一些复(fù)刻(kè)车(chē)架包装盒或者说(shuō)明书上(shàng)看到其照片。现(xiàn)在我们说调速器,都是指(zhǐ)电子(zǐ)调速器,简(jiǎn)称电调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC

按(àn)大类来分(fèn),可分(fèn)为有(yǒu)刷动力和(hé)无刷动力。即有(yǒu)刷电调搭配有刷电机,以及无刷电调(diào)搭(dā)配无刷电机。

有刷电机与无刷电机

车模(mó)用的电机(jī),全部都是内转子电机,也就是(shì)电机外(wài)壳是(shì)固(gù)定(dìng)的,靠里面圆形转(zhuǎn)子转动。外转子的这里不予讨论(lùn),想要了解外转子与(yǔ)内(nèi)转子的(de),可(kě)以自行百度(dù)了解(jiě)。

有刷电机:早期的电机,是将磁铁固定在电机外壳或者底(dǐ)座,成为(wéi)定子。然后将线圈(quān)绕组,成(chéng)为转子,模型车用有刷电机常见都是3组绕线。

有刷电机最(zuì)基本的(de)组成部分(fèn)除(chú)了定子,转子,还有碳刷,有(yǒu)刷电机因(yīn)此(cǐ)也叫碳刷电机,或者(zhě)有碳刷电机(jī)。碳刷(shuā)通(tōng)过与绕组(zǔ)上的铜头接触,让(ràng)电机得以转(zhuǎn)动(dòng)。但是由于(yú)由(yóu)于高(gāo)速转动时(shí),会带来碳刷的磨(mó)损(sǔn),因此有刷电机需(xū)要在碳刷用完之后,更(gèng)换碳刷(shuā)。而铜头也会磨损,因(yīn)此(cǐ)在有碳刷时代的竞(jìng)赛电机(jī),除(chú)了更(gèng)换(huàn)碳刷(shuā),还需(xū)要打磨(mó)铜头,让铜头(tóu)保持光(guāng)滑。更换碳刷后还需(xū)要磨合,让碳(tàn)刷与铜头的接(jiē)触面(miàn)积(jī)最(zuì)大化,以实(shí)现(xiàn)最大电(diàn)流来提高电机的转速/扭矩。

无刷电机:既然有刷(shuā)有(yǒu)以上的(de)弊端,于是无刷便应运而(ér)生(shēng)。

无(wú)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(ér)不是线圈(quān),因此就没有了碳刷这个消耗品。

既然线圈固定了,那么如(rú)何让线圈产生变化的磁场呢?这就是(shì)为什么无刷需要3根线的原因了。利用无(wú)刷电调,给线圈组对(duì)应地供电以产生相应的磁场,就可(kě)以实现不停地驱(qū)动磁铁转子保(bǎo)持(chí)转动。

总结(jié):无论有刷电机(jī)还(hái)是无刷电机,基本原(yuán)理都(dōu)是通过线(xiàn)圈产(chǎn)生磁场,然后搭(dā)配(pèi)永磁铁来驱动(dòng)转子转(zhuǎn)动。有刷是把永磁铁做成(chéng)定子(zǐ),线(xiàn)圈做成转子(zǐ)。而无(wú)刷则是把(bǎ)线圈做成定(dìng)子,永磁铁做成(chéng)圆形(xíng)的转子。

电机(jī)使用(yòng)小提示:玩家面向马达输(shū)出轴(zhóu),马(mǎ)达以逆时针转动时,车架是前(qián)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(nì)时针转动时(shí),车子反而(ér)后退。当(dāng)然也有可能是(shì)一些轴(zhóu)车玩家安装(zhuāng)过(guò)程出(chū)错,将差速的左右装反(fǎn)了,也会出现反向的错误。

有刷电调与无刷电(diàn)调

有刷(shuā)电调(diào),说完有刷电(diàn)机,自(zì)然要提及到有刷电调,有刷(shuā)电调就是用来控制有刷电机转速(sù)的设备了(le)。

有刷(shuā)电调往往只有4根线,2根是输(shū)入(rù)电源端,接到(dào)正负极。另外2根(gēn)则是控制电机(jī)转速的输出端(duān),接到电机的(de)2个电极上。通过改变电流/电(diàn)压以(yǐ)及传导(dǎo)方向就可(kě)以实现(xiàn)对转速以及正反的控制(zhì)。

以(yǐ)前的(de)顶级竞赛级有刷电调是(shì)不带倒车的(de),因此(cǐ)只有3根线柱,接(jiē)到电(diàn)机正极(jí)的线和电池正极(jí)是同一根线柱。

无刷电调(diào),和有刷一样道理,无刷电机(jī)需(xū)要工作,就必然需要(yào)一个(gè)无(wú)刷电调。

无(wú)刷电调输(shū)入端一样是2根线(xiàn),正(zhèng)负极电源。但是无刷(shuā)输出则需要3根线(xiàn)。原理上面我们介绍无刷电机的时候(hòu)说过了,就是靠3根线不停(tíng)地改变磁(cí)场以驱动转子(zǐ)转动。

说完原理,我们就知道(dào),无刷电机必须使用无刷(shuā)电调才可以。而有刷电(diàn)机则需要使用有刷电调才行。但是部(bù)分无刷(shuā)电调可以通过改(gǎi)写内置程序,让输出的3根线桥搭成2根(gēn),用以驱(qū)动有刷电机(jī)。好盈科技之前(qián)就曾(céng)经(jīng)推出过此类产(chǎn)品,不过早已停(tíng)产,因为(wéi)无刷已经成(chéng)为主流。

说完(wán)基本原理,下面来说一些(xiē)电机的基本参数及其意义。

电机常见参数:T数(shù),转速,无刷(shuā)电机KV值,尺(chǐ)寸,轴(zhóu)径,2/4极是(shì)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(yì)思,例如线(xiàn)圈绕了21圈(quān),则(zé)称(chēng)为(wéi)21T。某些品牌也称为RRound的缩写,相(xiàng)同的(de)意思(sī),都是绕线圈数。

有(yǒu)刷电(diàn)机因为绕线(xiàn)都是从铜头开(kāi)始,然后也在(zài)铜头处结(jié)束,因(yīn)此(cǐ)有刷都(dōu)是整(zhěng)数圈,例如20T30T等等。

无刷电(diàn)机因为结构限(xiàn)制,常见(jiàn)都是从输入端(duān)开始,结束于另外一侧,因此常见都是多半圈(quān),于(yú)是大多数都(dōu)是4.58.521.5T这样的。也有一些结构比较特殊的是整数(shù)圈,例如4T。这种整数圈(quān)的相对(duì)很少。

不管无人(rén)机电(diàn)机有(yǒu)刷还是无刷,同系列相同尺寸(cùn)的情况(kuàng)下,都是线圈是越小,则电机的转速与扭(niǔ)矩越大,耗电(diàn)与发热(rè)越高,能提供(gòng)更强劲的动(dòng)力(lì)输出。此前我们都有留意到网(wǎng)上不少流(liú)传,说(shuō)T数高的(de)电机,扭(niǔ)力比T数(shù)低的要大。这个是完完(wán)全全的误(wù)区。电机(jī)的T数类似(sì)于(yú)真车(chē)的排量,T数越(yuè)小则相当(dāng)于(yú)排量越高(gāo),能提供(gòng)越(yuè)大的功率和扭矩。选(xuǎn)择什么T数,则是根据需要搭(dā)配的问(wèn)题,还要牵涉到齿轮比的搭配。

无刷电机和有(yǒu)刷电机之(zhī)间的T数对应(yīng)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(shù)值,这个数值T数的有(yǒu)刷,就与这个无刷T数的功率与扭矩(jǔ)比较接近(jìn)。例如一个(gè)8.5T的无刷,大(dà)约就是17~21T之间的有(yǒu)刷(shuā)接近;再例如一个21.5T的无刷,跟一个43~55T之(zhī)间的有刷接近。

转速/KV值(zhí):

有刷电机有些会标出转(zhuǎn)速,例如30000rpm @ 7.2V,意思则是(shì)7.2V时电(diàn)机可以实(shí)现三万转每分钟的空(kōng)载转速。

无刷电机则常见是(shì)标KV值,无刷的KV值是无刷特有(yǒu),是指电压每增加1V,电机(jī)的转速增加(jiā)多少(shǎo)RPM,例如3000KV意思则为每提(tí)高1V的电压(yā)能让电(diàn)机转速(sù)增加3000RPM,因此我(wǒ)们(men)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(shù)和KV值(zhí)则(zé)是固定的,例如某品牌某(mǒu)型号的8.5T4000KV10.5T是(shì)3300KV这样。于是无刷电机在销售时有些会只标T数(shù),或者只标KV值,并非(fēi)所有型号都会标上T数和KV值,但(dàn)是在规格参数中这2项(xiàng)基本都(dōu)不会缺(quē)席。

T数的,主要(yào)是(shì)3650的电(diàn)机,而其(qí)他类型(xíng)的则主要标(biāo)KV值。这(zhè)个是国(guó)际惯例有关的问(wèn)题。

输出(chū)轴径:

电机需(xū)要带动车子转动,要输出动力,自然是需要靠输(shū)出(chū)的那根轴来安装(zhuāng)马(mǎ)达齿或者传动轴,于是这根输出轴(zhóu)的尺寸就成了必须要考虑的(de)因素。常见(jiàn)轴径(jìng)有:2mm3.175mm5mm8mm

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