無刷電機(jī)工作原理

電磁學(xué)基本知識(shí)

首先給大家復(fù)習(xí)幾個(gè)基礎(chǔ)定則：左手定則、右手定則、右手螺旋定則。

左手定則

這個(gè)是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)受力分析的基礎(chǔ)，簡(jiǎn)單說就是磁場(chǎng)中的載流導(dǎo)體，會(huì)受到力的作用。

用于判斷導(dǎo)線在磁場(chǎng)中受力的方向：伸開左手，使拇指與其他四指垂直且在一個(gè)平面內(nèi)，讓磁感線從手心流入，四指指向電流方向，大拇指指向的就是安培力方向（即導(dǎo)體受力方向）。

右手定則

這是產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)的基礎(chǔ)，跟左手定則的相反，磁場(chǎng)中的導(dǎo)體因受到力的牽引切割磁感線產(chǎn)生電動(dòng)勢(shì)。

用于判斷在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的導(dǎo)體產(chǎn)生的電流方向：伸開右手，使大拇指跟其余四個(gè)手指垂直并且都跟手掌在一個(gè)平面內(nèi)，把右手放入磁場(chǎng)中，讓磁感線垂直穿入手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動(dòng)方向，則其余四指指向感生電動(dòng)勢(shì)的方向。也就是切割磁感線的導(dǎo)體會(huì)產(chǎn)生反電動(dòng)勢(shì)，實(shí)際上通過反電動(dòng)勢(shì)定位轉(zhuǎn)子位置也是普通無感電調(diào)工作的基礎(chǔ)原理之一。

右手螺旋定則（安培定則）

用于判斷通電線圈的磁場(chǎng)極性：用右手握螺線管，讓四指彎向螺線管中電流方向，大拇指所指的那端就是螺線管的N極。

直線電流的磁場(chǎng)的話，大拇指指向電流方向，另外四指彎曲指的方向?yàn)榇鸥芯€的方向。

為什么要講感生電動(dòng)勢(shì)呢？不知道大家有沒有類似的經(jīng)歷，把電機(jī)的三相線合在一起，用手去轉(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)會(huì)發(fā)現(xiàn)阻力非常大，這就是因?yàn)樵谵D(zhuǎn)動(dòng)電機(jī)過程中產(chǎn)生了感生電動(dòng)勢(shì)，從而產(chǎn)生電流，磁場(chǎng)中電流流過導(dǎo)體又會(huì)產(chǎn)生和轉(zhuǎn)動(dòng)方向相反的力，大家就會(huì)感覺轉(zhuǎn)動(dòng)有很大的阻力。不信可以試試。

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三相線分開，電機(jī)可以輕松轉(zhuǎn)動(dòng)

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三相線合并，電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)阻力非常大

看完了三大定則，我們接下來先看看電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的基本原理。

第一部分：直流電機(jī)模型

我們找到一個(gè)中學(xué)物理學(xué)過的直流電機(jī)的模型，通過磁回路分析法來進(jìn)行一個(gè)簡(jiǎn)單的分析。

狀態(tài)1

當(dāng)兩頭的線圈通上電流時(shí)，根據(jù)右手螺旋定則，會(huì)產(chǎn)生方向指向右的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B（如粗箭頭方向所示），而中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線回路，這樣內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)按順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)了。

當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子所受的轉(zhuǎn)動(dòng)力矩最大。注意這里說的是“力矩”最大，而不是“力”最大。誠(chéng)然，在轉(zhuǎn)子磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)方向一致時(shí)，轉(zhuǎn)子所受磁力最大，但此時(shí)轉(zhuǎn)子呈水平狀態(tài)，力臂為0，當(dāng)然也就不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)了。補(bǔ)充一句，力矩是力與力臂的乘積。其中一個(gè)為零，乘積就為零了。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，雖然不再受到轉(zhuǎn)動(dòng)力矩的作用，但由于慣性原因，還會(huì)繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，這時(shí)若改變兩頭螺線管的電流方向，如下圖所示，轉(zhuǎn)子就會(huì)繼續(xù)順時(shí)針向前轉(zhuǎn)動(dòng)，

狀態(tài)2

如此不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內(nèi)轉(zhuǎn)子就會(huì)不停轉(zhuǎn)起來了。改變電流方向的這一動(dòng)作，就叫做換相。補(bǔ)充一句：何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子的位置有關(guān)，而與其他任何量無直接關(guān)系。

第二部分：三相二極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

一般來說，定子的三相繞組有星形聯(lián)結(jié)方式和三角聯(lián)結(jié)方式，而“三相星形聯(lián)結(jié)的二二導(dǎo)通方式”最為常用，這里就用該模型來做個(gè)簡(jiǎn)單分析。

上圖顯示了定子繞組的聯(lián)結(jié)方式（轉(zhuǎn)子未畫出假想是個(gè)二極磁鐵），三個(gè)繞組通過中心的連接點(diǎn)以“Y”型的方式被聯(lián)結(jié)在一起。整個(gè)電機(jī)就引出三根線A, B, C。當(dāng)它們之間兩兩通電時(shí)，有6種情況，分別是AB, AC, BC, BA, CA, CB注意這是有順序的。

       第一階段：AB相通電

當(dāng)AB相通電，則A極線圈產(chǎn)生的磁感線方向如紅色箭頭所示，B極產(chǎn)生的磁感線方向如圖藍(lán)色箭頭所示，那么產(chǎn)生的合力方向即為綠色箭頭所示，那么假設(shè)其中有一個(gè)二極磁鐵，則根據(jù)“中間的轉(zhuǎn)子會(huì)盡量使自己內(nèi)部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致”則N極方向會(huì)與綠色箭頭所示方向重合。至于C，暫時(shí)沒他什么事。

       第二階段：AC相通電

       第三階段：BC相通電

BC相通電

       第四階段：BA相通電

BA相通電

為了節(jié)省篇幅，我們就不一一描述CA\CB的模型，大家可以自己類推一下。以下為中間磁鐵（轉(zhuǎn)子）的狀態(tài)圖：

每個(gè)過程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度

六個(gè)過程即完成了完整的轉(zhuǎn)動(dòng)，其中6次換相。

整個(gè)過程旋轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)牽引著永磁體不斷旋轉(zhuǎn)，如下動(dòng)圖：

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而這個(gè)換向的操作，就是需要驅(qū)動(dòng)器去完成的。這也是無刷電機(jī)和有刷電機(jī)最大的區(qū)別，即不像有刷電機(jī)的機(jī)械換向，無刷電機(jī)是通過電子換向來驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子不斷地轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)的電壓和KV值決定了電機(jī)轉(zhuǎn)速，而電機(jī)的轉(zhuǎn)速就決定了換向的頻率。

第三部分：三相多繞組多極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

      我們?cè)賮砜匆粋€(gè)復(fù)雜點(diǎn)的，圖(a)是一個(gè)三相九繞組六極（三對(duì)極）內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，它的繞組連線方式見圖 (b)。從圖(b)可見，其三相繞組也是在中間點(diǎn)連接在一起的，也屬于星形聯(lián)結(jié)方式。一般而言，電機(jī)的繞組數(shù)量都和永磁極的數(shù)量是不一致的（比如用9繞組6極，而不是6繞組6極），這樣是為了防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸對(duì)齊。

其運(yùn)動(dòng)的原則是：轉(zhuǎn)子的N極與通電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子的S極與通電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

即為S與N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的區(qū)別。

好吧，還是再幫大家分析一下吧，

第一階段：AB相通電

第二階段：AC相通電

第三階段：BC相通電

第四階段：BA通電

第五階段：CA通電

第六階段：CB通電

以上為六個(gè)不同的通電狀態(tài)，其中經(jīng)歷了五個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)過程。每個(gè)過程為20度。

第四部分：外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)

       看完了內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，我們來看外轉(zhuǎn)子的。其區(qū)別就在于，外轉(zhuǎn)子電機(jī)將原來處于中心位置的磁鋼做成一片片，貼到了外殼上，電機(jī)運(yùn)行時(shí)，是整個(gè)外殼在轉(zhuǎn)，而中間的線圈定子不動(dòng)。外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)較內(nèi)轉(zhuǎn)子來說，轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量要大很多（因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量都集中在外殼上），所以轉(zhuǎn)速較內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)要慢，通常KV值在幾百到幾千之間。也是航模主要運(yùn)用的無刷電機(jī)

       順便啰嗦一下吧。無刷電機(jī)KV值定義為：轉(zhuǎn)速/V，意思為輸入電壓每增加1伏特，無刷電機(jī)空轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速增加的轉(zhuǎn)速值。比如說，標(biāo)稱值為1000KV的外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)，在11伏的電壓條件下，最大空載轉(zhuǎn)速即為：11000rpm（rpm的含義是：轉(zhuǎn)/分鐘）。

同系列同外形尺寸的無刷電機(jī)，根據(jù)繞線匝數(shù)的多少，會(huì)表現(xiàn)出不同的KV特性。繞線匝數(shù)多的，KV值低，最高輸出電流小，扭力大；繞線匝數(shù)少的，KV值高，最高輸出電流大，扭力小。我先前測(cè)試過穿越機(jī)2204電機(jī)的極限電流，單電機(jī)能彪上25A，而2212系列電機(jī)15A都上不了。

外轉(zhuǎn)子無刷直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)：

       分析方法也和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)類似，大家可以自己分析一下，根據(jù)右手螺旋定理判斷線圈的N/S極，轉(zhuǎn)子永磁體的N極與定子繞組的S極有對(duì)齊（吸引）的趨勢(shì)，轉(zhuǎn)子永磁體的S極與定子繞組的N極有對(duì)齊（吸引）的趨勢(shì)，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)。

       經(jīng)典無刷電機(jī)2212 1000kv電機(jī)結(jié)構(gòu)分析。

DJI 2312S電機(jī)和XXD 2212電機(jī)的（解剖圖）

其結(jié)構(gòu)如下：定子繞組固定在底座上，轉(zhuǎn)軸和外殼固定在一起形成轉(zhuǎn)子，插入定子中間的軸承。

XXD2212線圈拆解圖

12繞組14極（即7對(duì)極）電機(jī)繞組圖

后面畫出了6種兩相通電的情形，可以看出，盡管繞組和磁極的數(shù)量可以有許多種變化，但從電調(diào)控制的角度看，其通電次序其實(shí)是相同的，也就是說，不管外轉(zhuǎn)子還是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的順序進(jìn)行通電換相。當(dāng)然，如果你想讓電機(jī)反轉(zhuǎn)的話，電子方法是按倒過來的次序通電；物理方法直接對(duì)調(diào)任意兩根線，假設(shè)A和B對(duì)調(diào)，那么順序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA，大家有沒有發(fā)現(xiàn)這里順序就完全倒過來了。

AB相通電

AC相通電

BC相通電

BA相通電

CA相通電

CB相通電

要說明一下的是，由于每根引出線同時(shí)接入兩個(gè)繞組，所以電流是分兩路走的。這里為使問題盡量簡(jiǎn)單化，下面幾個(gè)圖中只畫出了主要一路的電流方向，還有一路電流未畫出，另一路電流的具體情況放在后面進(jìn)行分析，涉及到電路檢測(cè)換相位置。

無刷電機(jī)中的專業(yè)知識(shí)點(diǎn)

參考：http://www.5imx.com/forum.php?mod=viewthread&tid=1233271&_dsign=d02932a0

《EMAX銀燕：一篇文章帶你全面了解無刷電機(jī)》

無刷電機(jī)的基本概念

根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，我們可以將電機(jī)分為有刷電機(jī)、內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)和外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)。

有刷電機(jī)：我們也稱為直流電機(jī)或者碳刷電機(jī)，是歷史最悠久的電機(jī)類型，也是目前數(shù)量最多的電機(jī)類型。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和電刷來完成的。這種電機(jī)具有造價(jià)相對(duì)較低、扭力高、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易維護(hù)等優(yōu)點(diǎn)。不過由于結(jié)構(gòu)限制，所以缺點(diǎn)也比較明顯：1、機(jī)械換向產(chǎn)生的火花引起換向器和電刷摩擦、電磁干擾、噪聲大、壽命短。2、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、故障多，需要經(jīng)常維護(hù)。3、由于換向器存在，限制了轉(zhuǎn)子慣量的進(jìn)一步下降，影響了動(dòng)態(tài)性能。所以在模界主要應(yīng)用于速度較慢和對(duì)震動(dòng)不敏感的車模、船模上面，航模很少采用有刷電機(jī)。

無刷電機(jī)：這是模界中除了有刷電機(jī)以外用的最多的一種電機(jī)，無刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，采用方波自控式永磁同步電機(jī)，以霍爾傳感器取代碳刷換向器，以釹鐵硼作為轉(zhuǎn)子的永磁材料，性能上相較一般的傳統(tǒng)直流電機(jī)有很大優(yōu)勢(shì)。具有高效率、低能耗、低噪音、超長(zhǎng)壽命、高可靠性、可伺服控制、無級(jí)變頻調(diào)速等優(yōu)點(diǎn)，至于缺點(diǎn)嘛……就是比有刷的貴、不好維護(hù)，廣泛應(yīng)用于航模、高速車模和船模。

不過，單個(gè)的無刷電機(jī)不是一套完整的動(dòng)力系統(tǒng)，無刷基本必須通過無刷控制器也就是電調(diào)的控制才能實(shí)現(xiàn)連續(xù)不斷的運(yùn)轉(zhuǎn)。普通的碳刷電機(jī)旋轉(zhuǎn)的是繞組，而無刷電機(jī)不論是外轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)還是內(nèi)轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)旋轉(zhuǎn)的都是磁鐵。所以任何一個(gè)電機(jī)都是由定子和轉(zhuǎn)子共同構(gòu)成的。

無刷電機(jī)的定子是產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的部分，能夠支撐轉(zhuǎn)子進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，主要由硅鋼片、漆包線、軸承、支撐件構(gòu)成；而轉(zhuǎn)子則是黏貼釹鐵硼磁鐵，在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的部件，主要由轉(zhuǎn)軸、磁鐵、支持件構(gòu)成。除此之外，定子與轉(zhuǎn)子組成的磁極對(duì)數(shù)還影響著電機(jī)的轉(zhuǎn)速與扭力。

無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

無刷電機(jī)的前蓋、中殼、后蓋主要是整體結(jié)構(gòu)件，起到構(gòu)建電機(jī)整體結(jié)構(gòu)的作用。但是外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的外殼同時(shí)也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導(dǎo)磁性的物質(zhì)構(gòu)成。內(nèi)轉(zhuǎn)子的外殼只是結(jié)構(gòu)件，所以不限定材質(zhì)。但是內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)比外轉(zhuǎn)子電機(jī)多一個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯，這個(gè)轉(zhuǎn)子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。

磁鐵：是安裝在轉(zhuǎn)子上，是無刷電機(jī)的重要組成部分，無刷電機(jī)的絕大部分性能參數(shù)都與磁鐵相關(guān)，包括功率、轉(zhuǎn)速、扭矩等。

硅鋼片：是有槽無刷電機(jī)的重要組成部分，當(dāng)然，無槽無刷電機(jī)是沒有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無刷電機(jī)都是有槽的。它在整個(gè)系統(tǒng)中的作用主要是降低磁阻、參與磁路運(yùn)轉(zhuǎn)。

轉(zhuǎn)軸：是電機(jī)轉(zhuǎn)子的直接受力部分，轉(zhuǎn)軸的硬度必須能滿足轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn)的要求。

軸承：是電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)順暢的保證，軸承可以分為滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承，而滾動(dòng)軸承又可以細(xì)分為深溝球軸承、滾針軸承和角接觸軸承等十大類，而目前大多數(shù)的無刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。

直流無刷電機(jī)的工作原理

直流無刷電機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)由轉(zhuǎn)子、定子和位置傳感器三部分等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流(即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。

位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

采用磁敏式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī)，其磁敏傳感器件(例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或?qū)Ｓ眉呻娐返?裝在定子組件上，用來檢測(cè)永磁體、轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)變化。

采用光電式位置傳感器的直流無刷電動(dòng)機(jī)，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉(zhuǎn)子上裝有遮光板，光源為發(fā)光二極管或小燈泡。轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì)按一定頻率間歇間生脈沖信號(hào)。

采用電磁式位置傳感器的無刷直流電動(dòng)機(jī)，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件(例如耦合變壓器、接近開關(guān)、LC諧振電路等)，當(dāng)永磁體轉(zhuǎn)子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應(yīng)將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調(diào)制信號(hào)(其幅值隨轉(zhuǎn)子位置而變化)。

簡(jiǎn)單而言，直流無刷電機(jī)就是依靠改變輸入到無刷電機(jī)定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個(gè)繞電機(jī)幾何軸心全轉(zhuǎn)的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)子上的永磁磁鋼轉(zhuǎn)動(dòng)，電機(jī)就轉(zhuǎn)起來了，電機(jī)的性能和磁鋼數(shù)量、磁鋼磁通強(qiáng)度、電機(jī)輸入電壓大小等因素有關(guān)，更與無刷電機(jī)的控制性能有很大關(guān)系，因?yàn)檩斎氲氖侵绷麟?，電流需要電子調(diào)速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機(jī)那里接收控制信號(hào)，控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速，以滿足模型使用需要。

總的來說，無刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)是比較簡(jiǎn)單的，真正決定其使用性能的還是無刷電子調(diào)速器（也就是電調(diào)），好的電調(diào)需要有單片機(jī)控制程序設(shè)計(jì)、電路設(shè)計(jì)、復(fù)雜加工工藝等過程的總體控制，所以一般來說價(jià)格要比無刷電機(jī)高出很多。

無刷電機(jī)中的專業(yè)名詞

額定電壓：也就是無刷電機(jī)適合的工作電壓，其實(shí)無刷電機(jī)適合的工作電壓非常廣，額定電壓是指定了負(fù)載條件而得出的情況。例如說，2212-850KV電機(jī)指定了1045螺旋槳的負(fù)載，其額定工作電壓就是11V。如果減小負(fù)載，例如帶7040螺旋槳，那這個(gè)電機(jī)完全可以工作在22V電壓下。但是這個(gè)工作電壓也不是無限上升的，主要受制于電子控制器支持的最高頻率。所以說，額定工作是由工作環(huán)境決定的。

KV值：有刷直流電機(jī)是根據(jù)額定工作電壓來標(biāo)注額定轉(zhuǎn)速的，無刷電機(jī)引入了KV值的概念，而讓用戶可以直觀的知道無刷電機(jī)在具體的工作電壓下的具體轉(zhuǎn)速。實(shí)際轉(zhuǎn)速=KV值*工作電壓，這就是KV的實(shí)際意義，就是在1V工作電壓下每分鐘的轉(zhuǎn)速。無刷直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速與電壓呈正比關(guān)系，電機(jī)的轉(zhuǎn)速會(huì)隨著電壓上升而線性上升。例如，2212-850KV電機(jī)在10V電壓下的轉(zhuǎn)速就是：850*10=8500RPM(RPM，每分鐘轉(zhuǎn)速)。

轉(zhuǎn)矩：(力矩、扭矩)電機(jī)中轉(zhuǎn)子產(chǎn)生的可以用來帶動(dòng)機(jī)械負(fù)載的驅(qū)動(dòng)力矩，我們可以理解電機(jī)的力量。

轉(zhuǎn)速：電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)速，一般用RPM表示。

最大電流：電機(jī)能夠承受并安全工作的最大電流

最大功率：電機(jī)能夠承受并安全工作的最大功率 功率=電壓*電流

無刷電機(jī)功率和效率

我們可以簡(jiǎn)單的理解為電機(jī)輸出功率=轉(zhuǎn)速*扭矩，在同等的功率下，轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速是一個(gè)此消彼長(zhǎng)的關(guān)系，即同一個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速越高，必定其轉(zhuǎn)矩越低，相反也依然。不可能要求個(gè)電機(jī)的轉(zhuǎn)速也更高，轉(zhuǎn)矩也更高，這個(gè)規(guī)律通用于所有電機(jī)。例如：2212-850KV電機(jī)，在11V的情況下可以帶動(dòng)1045槳，如果將電壓上升一倍，其轉(zhuǎn)速也提高一倍，如果此時(shí)負(fù)載仍然是1045槳，那該電機(jī)將很快因?yàn)殡娏骱蜏囟鹊募眲∩仙鵁龤?。每個(gè)電機(jī)都有自己的力量上限，最大功率就是這個(gè)上限，如果工作情況超過了這個(gè)最大功率，就會(huì)導(dǎo)致電機(jī)高溫?zé)龤?。?dāng)然，這個(gè)最大功率也是指定了工作電壓情況下得出的，如果是在更高的工作電壓下，合理的最大功率也將提高。這是因?yàn)椋篞=I2R，導(dǎo)體的發(fā)熱與電流的平方是正比關(guān)系，在更高的電壓下，如果是同樣的功率，電流將下降導(dǎo)致發(fā)熱減少，使得最大功率增加。這也解釋了為什么在專業(yè)的航拍飛行器上，大量使用22.2V甚至30V電池來驅(qū)動(dòng)多軸飛行器，高壓下的無刷電機(jī)，電流小、發(fā)熱小、效率更高。

經(jīng)常有人問：2208 1000KV和2216 1000KV有什么不同，都是1000KV，不是都一樣嗎?差別可大了。

在電機(jī)直徑、KV值都一樣的情況下，電機(jī)更高的電機(jī)自然功率越大，功率越大的電機(jī)自然能夠帶動(dòng)的負(fù)載越大。好比一個(gè)男人100斤，一個(gè)男人160斤，你讓他們?nèi)ケ骋淮?0斤的大米，100斤的男人雖然說稍稍有點(diǎn)吃力但也能背，160斤的男人覺得是小菜。但，如果是讓他們背兩袋米呢?160斤的男人咬咬牙也背起來了，100斤的男人恐怕腰都直不起來，這就是他們的差異。對(duì)于電機(jī)來說，工作越輕松，效率越高，利用前面的理論就是，鐵耗也低銅耗也低。

記住這個(gè)公式（劃重點(diǎn)）：扭矩與電流的平方成正比

隨著電機(jī)工作的越來越累，它的效率會(huì)迅速的降低。所以說選擇多軸電機(jī)，必須選擇合適功率電機(jī)以及與他搭配的螺旋槳，讓電機(jī)工作在相對(duì)輕松的狀態(tài)，一般來說懸停時(shí)工作功率是最大功率的30-45%之間比較好。不可小牛拉大車，也不能大牛拉小車。

無刷電機(jī)電壓與效率的關(guān)系

先上兩個(gè)公式：

1、功率=電壓*電流

2、發(fā)熱量=電流的平方*電阻

由公式得出兩個(gè)結(jié)論：在同功率下，電壓越高電流越小，并推出：在同功率下，電壓越高發(fā)熱量越小。最后得出結(jié)論：同一個(gè)飛行器，使用的電壓越高，電流越小并且發(fā)熱越少，效率越高。

現(xiàn)在知道為什么高壓電線要上100KV甚至220KV、550KV(這個(gè)KV是千伏)的高電壓了吧。

當(dāng)然，飛行器是需要電池進(jìn)行驅(qū)動(dòng)的，準(zhǔn)確的說是鋰電池，鋰電池的片數(shù)自然取決于電池的大小，越大的電池自然能做的越高電壓。所以在電壓這方面，其實(shí)我們能做的并不多，因?yàn)槭袌?chǎng)上的電池很多都是系列化的，比如說450這樣的機(jī)型，你可以去找450直升機(jī)的6S電池，但是價(jià)格很高，而且需要的電調(diào)價(jià)格也要高一些。所以在電壓這方面我們應(yīng)該做的就是：盡量避免大機(jī)型用低壓電池，那樣會(huì)造成工作電流相對(duì)高一些，從而銅耗較大。同時(shí)，也要避免小型飛機(jī)用高壓電池，那樣電池的重量太大。

關(guān)于無刷電機(jī)的磁極對(duì)數(shù)

磁場(chǎng)的旋轉(zhuǎn)速度又稱同步轉(zhuǎn)速，它與三相電流的頻率和磁極對(duì)數(shù)p有關(guān)。若定子繞組，在任一時(shí)刻合成的磁場(chǎng)只有一對(duì)磁極(磁極對(duì)數(shù)p=1)，即只有兩個(gè)磁極，對(duì)只有一對(duì)磁極的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)而言,三相電流變化一周,合成磁場(chǎng)也隨之旋轉(zhuǎn)一周，如果是50hz的交流電，旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速就是50轉(zhuǎn)/秒或3000轉(zhuǎn)/分，在工程技術(shù)中，常用轉(zhuǎn)/分（r/min）來表示轉(zhuǎn)速。 如果定子繞組合成的磁場(chǎng)有兩對(duì)磁極(磁極對(duì)數(shù)p=2)，即有四個(gè)磁極，可以證明，電流變化一個(gè)周期，合成磁場(chǎng)在空間旋轉(zhuǎn)180度，由此可以推廣得出：p對(duì)磁極旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)每分鐘的同步轉(zhuǎn)速為n=60f/p。

當(dāng)磁極對(duì)數(shù)一定時(shí)，如果改變交流電的頻率，則可改變旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的同步轉(zhuǎn)速，這就是變頻調(diào)速的基本原理。由于電機(jī)的磁極是成對(duì)出現(xiàn)的，所以也常用極對(duì)數(shù)表示。

關(guān)于無刷電機(jī)的磁鐵

模界的無刷電機(jī)幾乎100%用的“磁王”——釹鐵硼磁鐵，用磁王來形容釹鐵硼磁鐵是當(dāng)之無愧的，釹鐵硼磁鐵是我們生活中常見的黑乎乎的鐵氧體磁鐵磁性的3倍！當(dāng)然了，價(jià)格更是鐵氧體磁鐵的10倍以上。無刷電機(jī)終歸屬于永磁電機(jī)，而永磁電機(jī)的功率、特點(diǎn)等特性完全取決于磁鐵?；究梢哉f吧，磁鐵的體積與牌號(hào)決定了電機(jī)的最大功率。

另外還有磁鐵形狀上的差異，如果拆開一些廉價(jià)的電機(jī)你就會(huì)有一個(gè)發(fā)現(xiàn)，絕大部分的磁鐵形狀都是方片行。方片形的磁鐵加工簡(jiǎn)單，價(jià)格相對(duì)便宜，自然成了追求成本電機(jī)的最佳選擇。而很多品牌電機(jī)選擇了弧形磁鐵，弧形可以保證磁鐵和硅鋼片的氣隙一直保持一致，似乎功率上和效率上都勝過了方形磁鐵一籌。但是，在拆開一些電機(jī)也發(fā)現(xiàn)了被稱之為面包型的磁鐵，他們能夠和鐵殼完整的貼合在一起，和硅鋼片的距離卻是和方形磁鐵一樣，都不是一致的。關(guān)于這種磁鐵，在請(qǐng)教了一些業(yè)內(nèi)人士，他們確信這種磁鐵比弧形磁鐵效果還要更佳，在此不做結(jié)論。

不過還有一種情況采用方形磁鐵其實(shí)也是可以的，在多槽數(shù)多極數(shù)的無刷電機(jī)（比如說36槽42極電機(jī)），基本都是采用了方形磁鐵，這是因?yàn)殍F殼直徑很大，方形磁鐵也能很好的和鐵殼粘合，并且和硅鋼片的氣隙也很均勻。

關(guān)于無刷電機(jī)的硅鋼片

其實(shí)初中讀電磁學(xué)的時(shí)候，我經(jīng)常想的問題是，電機(jī)為什么需要硅鋼片呢?不是說通電的導(dǎo)體在磁場(chǎng)中就能產(chǎn)生作用嗎?那為什么還需要硅鋼片呢。后來我想了很久很久終于得出一個(gè)結(jié)論，那就是搞設(shè)計(jì)的人不會(huì)比你傻!

空氣是弱導(dǎo)磁的，但鐵是導(dǎo)磁的，硅鋼片的作用就是把磁鐵的磁路引導(dǎo)過來并形成回路，這就需要電機(jī)磁阻(大家把它等同理解為電阻即可)比較小。但是大家都看見了，為什么定子上面怎么都是一片一片構(gòu)成的呢?

大家知道電磁爐的原理嗎?為什么鐵鍋放上電磁爐上面就會(huì)發(fā)熱?其實(shí)這就是因?yàn)?----類似于鐵的材料放在快速變化的電磁場(chǎng)中(大家想想交流電吧，那個(gè)電是瞬間飛來飛去，不像直流電永遠(yuǎn)是正極到負(fù)極)會(huì)產(chǎn)生渦流損耗而發(fā)熱，并且頻率越高發(fā)熱量越大。硅鋼片處在電機(jī)的旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)當(dāng)中，就是和那放在電磁爐上的鐵鍋一樣遇到了同樣的問題，解決的辦法就是往鋼里添加硅并且做成薄片，理論上越薄的硅鋼片產(chǎn)生的渦流損耗就越小。

所以大家是不是明白了普通的固定翼電機(jī)大都是比較厚的0.35MM硅鋼片，而直升機(jī)和涵道機(jī)電機(jī)大都是用0.2MM硅鋼片的原因呢?電機(jī)轉(zhuǎn)速越快，磁場(chǎng)變化越快，那渦流損耗就越大?，F(xiàn)在大多數(shù)的多軸電機(jī)都使用了0.2MM單片的硅鋼片，這樣做成的電機(jī)鐵耗就會(huì)更低。

相關(guān)小知識(shí)：為什么高KV電機(jī)在全油門空轉(zhuǎn)的情況下下會(huì)發(fā)熱很厲害呢?

答案是：產(chǎn)生熱量的不是銅線，因?yàn)榇藭r(shí)通過的電流很小。產(chǎn)生熱量的正是渦流損耗和磁滯損耗，因?yàn)榇藭r(shí)電機(jī)完全空載，轉(zhuǎn)速比較高，渦流損耗大，而所有的損耗最后都變成了熱量。

關(guān)于無刷電機(jī)使用與保養(yǎng)

直流無刷電機(jī)由電動(dòng)機(jī)主體和驅(qū)動(dòng)器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品，并在多個(gè)領(lǐng)域中都得到廣泛的應(yīng)用。用戶在使用直流無刷電機(jī)時(shí)有一些問題也是需要注意的，那么具體使用直流無刷電機(jī)要注意什么呢?

(1)在拆卸前，要用壓縮空氣吹凈電機(jī)表面灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。

(2)選擇電機(jī)解體的工作地點(diǎn)，清理現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境。

(3)熟悉電機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和檢修技術(shù)要求。

(4)準(zhǔn)備好解體所需工具(包括專用工具)和設(shè)備。

(5)為了進(jìn)一步了解電機(jī)運(yùn)行中的缺陷，有條件時(shí)可在拆卸前做一次檢查試驗(yàn)。為此，將電機(jī)帶上負(fù)載試轉(zhuǎn)，詳細(xì)檢查電機(jī)各部分溫度、聲音、振動(dòng)等情況，并測(cè)試電壓、電流、轉(zhuǎn)速等，然后再斷開負(fù)載，單獨(dú)做一次空載檢查試驗(yàn)，測(cè)出空載電流和空載損耗，做好記錄。

(6)切斷電源 ，拆除電機(jī)外部接線，做好記錄。

(7)選用合適電壓的兆歐表測(cè)試電機(jī)絕緣電阻 。為了跟上次檢修時(shí)所測(cè)的絕緣電阻值相比較以判斷電機(jī)絕緣變化趨勢(shì)和絕緣狀態(tài)，應(yīng)將不同溫度下測(cè)出的絕緣電阻值換算到同一溫度，一般換算至75℃。

(8)測(cè)試吸收比K。當(dāng)吸收比大于1.33時(shí)，表明電機(jī)絕緣不曾受潮或受潮程度不嚴(yán)重。為了跟以前數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，同樣要將任意溫度下測(cè)得的吸收比換算到同一溫度。