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无人机技术(shù)各(gè)模块详解与技术分析

 

本文向各位无(wú)人机航模爱好者介绍下电机的种类(有(yǒu)刷电机和(hé)无刷电机(jī))、转(zhuǎn)速调节器(简称(chēng)电调)。

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

电调(diào)的作用是控制电机转速的(de)调速器(qì)(Speed Controller),很久之前(qián)早期(qī)的调速器是(shì)使用舵机控制可调电阻拨片来实现,此(cǐ)类称为机(jī)械(xiè)调速(sù)器,现(xiàn)已退出历史舞台,仅能在一(yī)些复刻车架包装盒或者说明(míng)书上看到其照片(piàn)。现(xiàn)在我们说调(diào)速器,都是指电子调速器(qì),简称电调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC

按大(dà)类来分,可分(fèn)为有刷动力(lì)和无(wú)刷(shuā)动(dòng)力。即有刷(shuā)电调搭配有刷电机,以及(jí)无刷电调搭配无(wú)刷电机(jī)。

有刷电机与无刷电机

车模用的电(diàn)机,全部(bù)都(dōu)是(shì)内转子电机,也就是电机外(wài)壳(ké)是固定的,靠里面圆形转子转动。外转(zhuǎn)子的这里(lǐ)不予讨(tǎo)论,想要了解外转子与(yǔ)内转子的,可以自行百(bǎi)度了解。

有刷电(diàn)机(jī):早期的电机,是将(jiāng)磁铁固定在电机外壳(ké)或者底座,成为定子。然后(hòu)将线圈绕组,成为转子,模型车用有刷电(diàn)机常(cháng)见都(dōu)是3组绕线(xiàn)。

有刷电机最基本(běn)的组成部分除了定子(zǐ),转子,还有碳刷,有刷(shuā)电机因此也叫碳刷电机,或者有碳刷(shuā)电机。碳(tàn)刷通过与绕组上的铜头接触(chù),让电机得以(yǐ)转动(dòng)。但是由于(yú)由于高(gāo)速转动时,会带来碳刷的磨损(sǔn),因此有刷电机(jī)需要在碳刷用完之后(hòu),更换(huàn)碳刷。而(ér)铜头(tóu)也会磨损,因此在有(yǒu)碳刷时代的竞赛电机,除(chú)了(le)更换(huàn)碳刷,还需要打(dǎ)磨铜(tóng)头,让铜头保持光滑(huá)。更换碳刷后还需(xū)要磨合,让碳刷与(yǔ)铜头的接触面积最大化,以实现最大电流(liú)来提高电(diàn)机的转速/扭矩。

无刷电(diàn)机(jī):既然有刷有(yǒu)以(yǐ)上的弊(bì)端,于是(shì)无刷便应运而生。

无(wú)刷是把线圈绕在定子上,然后把磁铁做成转子,转动(dòng)的(de)是磁(cí)铁(tiě),而不是线圈,因此就没有了碳(tàn)刷这个消(xiāo)耗品。

既然线圈固定了(le),那么(me)如何让线圈产生变化的磁场呢?这就是为什么无刷(shuā)需(xū)要3根线的原因了(le)。利(lì)用无刷电调(diào),给线圈组对应(yīng)地供电以产(chǎn)生相应的磁场,就可以(yǐ)实现不(bú)停地(dì)驱(qū)动(dòng)磁(cí)铁转子(zǐ)保持转(zhuǎn)动。

总结:无论有刷电机还是无刷(shuā)电机,基本原理都是通过(guò)线圈产生磁场,然后搭配永磁铁来驱动转子转动。有(yǒu)刷是把永磁铁做(zuò)成定子,线圈(quān)做(zuò)成转(zhuǎn)子。而(ér)无刷则是把线圈做(zuò)成定子,永磁铁做成圆形的转子。

电机使(shǐ)用(yòng)小提示:玩家面向(xiàng)马达输出轴,马达以逆时针转(zhuǎn)动(dòng)时,车架是前进方向,则(zé)是标(biāo)准(zhǔn)的车架设计。如果某些车架使用非标设计,那么就会变成(chéng)马(mǎ)达逆时针转动时,车(chē)子(zǐ)反(fǎn)而后退。当然也(yě)有可能是一些(xiē)轴(zhóu)车(chē)玩家安装过程出错,将差速的(de)左右装反了,也会(huì)出(chū)现反向的错(cuò)误。

有(yǒu)刷电调(diào)与无刷(shuā)电(diàn)调(diào)

有刷电调(diào),说完有刷电机(jī),自然要提(tí)及到有(yǒu)刷电调,有(yǒu)刷电调就是用来(lái)控制有刷电机转速的设(shè)备了。

有(yǒu)刷(shuā)电调往(wǎng)往(wǎng)只有(yǒu)4根线,2根是(shì)输入(rù)电源端,接到正负极。另外2根则(zé)是(shì)控制电机转速的(de)输出端,接到电机的2个电(diàn)极上。通过改变电流/电压以及传导(dǎo)方向(xiàng)就可以实现对转速以及正反(fǎn)的控制。

以前(qián)的顶级(jí)竞赛级有刷电调是不带倒车的,因此(cǐ)只有3根线(xiàn)柱,接到电机正(zhèng)极的(de)线和电(diàn)池正极(jí)是(shì)同一(yī)根线(xiàn)柱。

无刷(shuā)电调,和有刷(shuā)一(yī)样道理,无刷电机需要(yào)工作,就必然需要一个(gè)无刷电调(diào)。

无刷电调输(shū)入端(duān)一样是2根线(xiàn),正负极电(diàn)源。但是无刷输出(chū)则需要3根线。原理上面我们介(jiè)绍无刷电机的时(shí)候(hòu)说过(guò)了,就是靠(kào)3根线不停地(dì)改变磁(cí)场以驱动转子(zǐ)转(zhuǎn)动。

说完原理,我们就知(zhī)道,无(wú)刷电机必须使用无刷(shuā)电调才可以。而有(yǒu)刷(shuā)电(diàn)机则需(xū)要使用有刷电(diàn)调才行。但是部分无(wú)刷电调可以通(tōng)过改写内置程序,让输出(chū)的3根线(xiàn)桥搭成2根,用以驱动有刷电(diàn)机(jī)。好(hǎo)盈科技之前就曾经推出过此类产品,不(bú)过早已停产,因为无刷已经成为主(zhǔ)流。

说(shuō)完(wán)基本原理,下面(miàn)来说(shuō)一些(xiē)电机(jī)的基本参数及其意(yì)义。

电机常见参数:T数,转速,无刷电机KV值,尺(chǐ)寸,轴(zhóu)径(jìng),2/4极是什么,有感和无感是什么?

电机T数(shù):

T,英(yīng)文Turn,线圈绕了多少圈的(de)意思,例如线圈(quān)绕了21圈,则称为21T。某些品牌也称(chēng)为RRound的缩(suō)写(xiě),相(xiàng)同的(de)意思(sī),都是绕(rào)线圈数。

有刷(shuā)电机因为(wéi)绕线都是从铜头开(kāi)始,然后也在铜头处结束,因此有刷都是整数圈(quān),例(lì)如20T30T等等(děng)。

无刷(shuā)电(diàn)机因为结(jié)构限制,常见都是从输入端(duān)开始,结束于(yú)另外(wài)一侧,因(yīn)此常见都是多半圈,于是大(dà)多数都是4.58.521.5T这(zhè)样的。也有一些结构比较特殊的(de)是整数圈,例如4T。这种整数圈的相对很少。

不(bú)管无人机电机有刷还(hái)是无(wú)刷(shuā),同(tóng)系(xì)列相同尺寸(cùn)的情(qíng)况下,都是线(xiàn)圈是(shì)越小(xiǎo),则电机的转速与(yǔ)扭矩越(yuè)大,耗电与发热越高,能提供更强劲的动力输出。此前(qián)我们都有留意(yì)到网上(shàng)不少流传,说T数高的电机,扭力比T数低的要大。这个是(shì)完完(wán)全全的误区。电机的(de)T数类似于真车(chē)的排(pái)量,T数越小(xiǎo)则(zé)相当(dāng)于排量越高,能提供越大的(de)功率和(hé)扭矩。选择什么T数,则是(shì)根据需要(yào)搭配的问(wèn)题,还要牵涉到齿轮比的搭配。

无刷电(diàn)机和有刷(shuā)电机之间的T数对应关(guān)系:往往(wǎng)我们(men)认为(wéi)无刷电(diàn)机的T数(shù),乘以2~2.5之间,得(dé)出的数值,这个数(shù)值T数(shù)的有刷,就与这个(gè)无刷T数的功率与扭矩比较接近(jìn)。例如一个(gè)8.5T的(de)无刷(shuā),大约就是17~21T之间的有(yǒu)刷接近;再(zài)例如(rú)一个(gè)21.5T的无刷,跟一个43~55T之间的有(yǒu)刷(shuā)接近。

转速/KV值:

有刷电机(jī)有些会标(biāo)出转速,例如(rú)30000rpm @ 7.2V,意思则是7.2V时(shí)电机可以实现三万转(zhuǎn)每分(fèn)钟的空载转(zhuǎn)速(sù)。

无刷电机则常见(jiàn)是(shì)标(biāo)KV值,无(wú)刷的(de)KV值(zhí)是无刷特有(yǒu),是指电压每(měi)增加1V,电机的(de)转速增加多少RPM,例如3000KV意思则(zé)为每提高1V的电压能(néng)让电机转速增加3000RPM,因此我(wǒ)们可以换算得(dé)到这个电机(jī)在8.4V满电的锂电下,转速(sù)是8.4*3000=25200RPM

无刷电(diàn)机一但做好,其T数和KV值则是固定的,例(lì)如某品牌某型号的8.5T4000KV10.5T是(shì)3300KV这样(yàng)。于是无刷电机在销售时(shí)有些会只标(biāo)T数,或者只(zhī)标KV值,并非所有型(xíng)号都(dōu)会标上T数和KV值,但是在规格参数中这2项(xiàng)基本都不会缺席(xí)。

T数(shù)的,主要是3650的电机,而其他类型的则(zé)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(dòng)车(chē)子转动,要输出动力,自然是需要靠输出(chū)的那(nà)根轴来安装马达齿(chǐ)或者传动轴,于是这根输出轴的尺寸就成了必须要(yào)考虑的因素。常见(jiàn)轴径有:2mm3.175mm5mm8mm

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