本文向各位无人(rén)机航模爱(ài)好者介绍下电机的种类(有刷电机和无刷电机)、转速(sù)调节器(简称(chēng)电调)。
电动飞机的动力,主(zhǔ)要是指两个元(yuán)件(jiàn):第一就是电机(Motor),也称马达,第二是(shì)电调(diào)。
电调的作(zuò)用是控制(zhì)电(diàn)机转速的调速(sù)器(Speed Controller),很久之前早期的调速器(qì)是使(shǐ)用舵机控制可(kě)调电(diàn)阻拨片(piàn)来(lái)实现,此类(lèi)称(chēng)为机械调速器,现(xiàn)已退(tuì)出历史舞台(tái),仅能在一(yī)些复刻车(chē)架包(bāo)装盒或者说明书(shū)上(shàng)看到其照(zhào)片。现在我们说调速器,都是指电子调速(sù)器,简称电(diàn)调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC。
按大类来分,可分为有(yǒu)刷动(dòng)力和无刷动(dòng)力。即有(yǒu)刷电调搭配有刷电(diàn)机(jī),以及无(wú)刷电调搭(dā)配无刷电机。
有刷电机与无刷电机
车模用的(de)电机(jī),全部都是内转子电机,也就是(shì)电机外壳是固(gù)定的,靠里面圆形转子转动。外转子的这(zhè)里不予讨论,想(xiǎng)要了解外转子与(yǔ)内转子的,可(kě)以(yǐ)自行(háng)百(bǎi)度了解。
有(yǒu)刷电机:早期的电机(jī),是将磁(cí)铁固定在电机(jī)外壳或者底座,成为定子(zǐ)。然后(hòu)将线圈绕组,成为转子,模型车用(yòng)有刷电(diàn)机常见(jiàn)都(dōu)是(shì)3组绕线。
有刷电机最基本的组成部分除了定子(zǐ),转子(zǐ),还有碳刷(shuā),有刷(shuā)电机(jī)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(de)铜(tóng)头接触,让(ràng)电机(jī)得以转动。但是由于由于高速转动时,会带来碳刷的(de)磨损,因此有刷电机需要(yào)在碳刷用完之后,更换碳刷。而铜头也(yě)会磨损(sǔn),因此在有碳(tàn)刷时代的竞赛电机,除了更换(huàn)碳刷,还(hái)需要打磨铜(tóng)头,让铜(tóng)头保持光滑。更换碳(tàn)刷后还需要磨(mó)合,让(ràng)碳刷与铜头的接触面积最大化,以实(shí)现最大电流来提高电机的(de)转速(sù)/扭矩。
无刷电(diàn)机:既(jì)然有刷有以上的弊端,于(yú)是无刷便应运而(ér)生(shēng)。
无刷是(shì)把线圈绕(rào)在定(dìng)子(zǐ)上,然后把磁(cí)铁做成转子(zǐ),转动的是磁铁,而不是(shì)线圈,因此(cǐ)就没有(yǒu)了碳刷这个消耗(hào)品。
既然线(xiàn)圈固(gù)定了,那么如何让线圈产(chǎn)生变化的磁场呢?这就是为什么无(wú)刷需(xū)要3根线(xiàn)的原因了。利用无刷电调(diào),给(gěi)线圈组(zǔ)对(duì)应地供电(diàn)以产生相(xiàng)应的磁(cí)场,就可以实现不停(tíng)地(dì)驱(qū)动磁(cí)铁转子保(bǎo)持转动。
总结:无(wú)论有刷电机还是无(wú)刷电机,基本原(yuán)理都(dōu)是通过线圈产生磁(cí)场,然后(hòu)搭配永磁铁来驱动转子转动。有刷(shuā)是把永磁铁做成定(dìng)子,线(xiàn)圈做成转子。而无刷则是把线(xiàn)圈(quān)做成定子(zǐ),永(yǒng)磁(cí)铁做成圆形的转(zhuǎn)子。
电机(jī)使(shǐ)用小(xiǎo)提示:玩家(jiā)面向马达输出轴,马达(dá)以逆时针转(zhuǎn)动时,车架(jià)是前进方向,则(zé)是(shì)标准的车架(jià)设计。如果某些(xiē)车架使用非标(biāo)设(shè)计,那么就(jiù)会变成马(mǎ)达(dá)逆(nì)时针转动时,车子(zǐ)反而(ér)后退。当(dāng)然也有可能是(shì)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(diàn)调
有(yǒu)刷电调,说完有(yǒu)刷(shuā)电机,自(zì)然要提及到有刷电调,有刷电(diàn)调就是用来控制(zhì)有(yǒu)刷电(diàn)机转速的设备了。
有刷电调往往(wǎng)只有4根线,2根(gēn)是输入电源(yuán)端,接(jiē)到正负(fù)极。另外2根则(zé)是控(kòng)制电机转速的(de)输出端,接到电机的2个(gè)电极上。通过改变(biàn)电(diàn)流/电压以及传导方向就可以实现对转速以(yǐ)及正(zhèng)反的控制(zhì)。
以前(qián)的顶级竞(jìng)赛级(jí)有(yǒu)刷(shuā)电调是不带倒车(chē)的(de),因此只有(yǒu)3根线柱,接到电(diàn)机正(zhèng)极的(de)线和电(diàn)池正极是同一根线柱。
无刷(shuā)电调(diào),和有(yǒu)刷(shuā)一样道理,无刷(shuā)电机需要(yào)工(gōng)作(zuò),就必然需要一个无刷电(diàn)调。
无刷电调输入端一(yī)样是2根(gēn)线,正负极电源。但是无刷(shuā)输出(chū)则需要3根线。原理上面我们介绍无刷电机的时(shí)候说过了,就是靠3根线不停地改变磁场以驱(qū)动转子转动。
说完原(yuán)理,我们就知道(dào),无刷电机必须使用无刷电调(diào)才可以。而有刷电机则需要使用有刷电调才(cái)行。但是部分(fèn)无刷电调可以通(tōng)过改写内置程序,让输出的3根线桥搭成2根,用以驱动(dòng)有刷电机。好盈(yíng)科技之前(qián)就曾(céng)经推出过此类产品,不过早已停(tíng)产,因(yīn)为无刷(shuā)已(yǐ)经成为主流。
说完基本原理(lǐ),下(xià)面(miàn)来说一些电机的基本参(cān)数及其意(yì)义。
电机常见参数:T数(shù),转(zhuǎn)速(sù),无刷电(diàn)机KV值(zhí),尺寸(cùn),轴径,2极/4极是什么,有(yǒu)感(gǎn)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(quān),则称(chēng)为21T。某些品牌也称为R,Round的缩写,相同的意(yì)思(sī),都是绕线圈数。
有刷电机因为绕线都是(shì)从铜头(tóu)开始,然后也在铜头处结(jié)束(shù),因此有刷都是整数圈(quān),例如(rú)20T,30T等等。
无刷电(diàn)机因为结构限制,常见都是从输入端开始,结束于另(lìng)外一侧,因此常见都(dōu)是多半(bàn)圈(quān),于是大(dà)多(duō)数都是4.5,8.5,21.5T这样(yàng)的。也有一(yī)些结(jié)构比较特殊的是(shì)整数圈,例如4T。这(zhè)种整数圈的相对很少。
不管(guǎn)无人机电机有刷还(hái)是(shì)无(wú)刷,同(tóng)系(xì)列(liè)相(xiàng)同尺寸(cùn)的情况下,都是线(xiàn)圈是越小,则电机的转速与(yǔ)扭(niǔ)矩越大,耗电与发热越(yuè)高(gāo),能提(tí)供(gòng)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(chuán),说T数高的电机,扭力(lì)比T数低的要大。这个是完(wán)完全全的误区(qū)。电机的T数类似于真车的(de)排量,T数越小则相当于排量(liàng)越(yuè)高(gāo),能提供越大的(de)功率和扭矩。选(xuǎn)择什么(me)T数,则是根据需要搭(dā)配的(de)问题,还要牵(qiān)涉到齿轮比的搭配。
无刷电机和有刷电机之间的(de)T数(shù)对应(yīng)关(guān)系:往(wǎng)往我们认为无(wú)刷电机的T数,乘以2~2.5之间,得出的数值,这个数(shù)值T数的有刷,就与这个无刷T数的功率与扭矩比较接(jiē)近。例如一个8.5T的无刷,大约就(jiù)是17~21T之间的(de)有刷(shuā)接近;再例(lì)如一个21.5T的(de)无刷,跟一个(gè)43~55T之间的有刷接近。
转速/KV值:
有刷电机有些会标出(chū)转(zhuǎn)速,例如30000rpm @ 7.2V,意思则是7.2V时电机可以实现(xiàn)三万(wàn)转每分钟的空载转速(sù)。
无刷(shuā)电机则常(cháng)见是(shì)标(biāo)KV值,无(wú)刷的KV值(zhí)是无刷特(tè)有(yǒu),是(shì)指电压(yā)每增加1V,电机的转速增加(jiā)多少RPM,例如3000KV意思则为每提高1V的电压能让电(diàn)机转速增加3000RPM,因此我们可以(yǐ)换算(suàn)得到这个电机(jī)在8.4V满电的锂(lǐ)电(diàn)下(xià),转速是8.4*3000=25200RPM。
无刷(shuā)电机一(yī)但做好,其T数和(hé)KV值则是(shì)固定的,例(lì)如某品(pǐn)牌某型号的8.5T是4000KV,10.5T是3300KV这样。于是无刷电机在销售(shòu)时(shí)有些会(huì)只标T数,或者只标KV值,并(bìng)非所有型号都(dōu)会(huì)标上T数和(hé)KV值,但是在(zài)规格(gé)参数(shù)中这2项基本都(dōu)不会缺席。
标T数(shù)的,主要是3650的电机,而其(qí)他类型(xíng)的(de)则主要标(biāo)KV值。这个(gè)是国际惯例有(yǒu)关的问题。
输出轴径:
电机需要带动车(chē)子(zǐ)转动,要输出动力,自然是(shì)需要(yào)靠输出的那根轴来安装马达齿或者(zhě)传动轴,于是这根输出轴的尺寸(cùn)就(jiù)成了必须要考虑的因素(sù)。常见(jiàn)轴径有:2mm,3.175mm,5mm,8mm。

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