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无人机技术各模(mó)块详解与技术分析

 

本文向各位无人机(jī)航(háng)模爱好者介(jiè)绍下电机的种类(lèi)(有刷电机和无刷(shuā)电机)、转速调(diào)节(jiē)器(简(jiǎn)称电调)。

电动飞机的(de)动力,主要是指两(liǎng)个元件:第一就是电(diàn)机(Motor),也(yě)称马达,第二是(shì)电调(diào)。

电调的(de)作用是(shì)控制(zhì)电机(jī)转速(sù)的调速器(Speed Controller),很久之前早(zǎo)期的调速器是使用舵机控制可调电阻(zǔ)拨(bō)片来实现,此类(lèi)称为(wéi)机械调速器,现已退出历史舞台,仅能在一(yī)些复刻车架包装盒或者说明书上看到其照片。现在(zài)我们说调速器(qì),都是(shì)指电子(zǐ)调速器(qì),简称(chēng)电(diàn)调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC

按大类来分,可(kě)分为有(yǒu)刷动力和无刷(shuā)动力。即有刷电调搭配有刷电机,以及无刷(shuā)电调搭配(pèi)无刷电机。

有(yǒu)刷电机与无刷(shuā)电机

车模用的电机,全部都(dōu)是(shì)内转子电机,也就是(shì)电机外(wài)壳是固定(dìng)的(de),靠里面圆形转子转动。外转子的这里不予讨论(lùn),想要了解外转子与内(nèi)转子的,可以自(zì)行百(bǎi)度了(le)解。

有刷电机:早期的(de)电机(jī),是(shì)将磁(cí)铁固定在(zài)电机外壳或者底座,成为定子(zǐ)。然后(hòu)将线圈绕组(zǔ),成为转子,模型车用有刷电机(jī)常(cháng)见都是3组(zǔ)绕线。

有刷电机最基(jī)本的组成部(bù)分(fèn)除了定子,转子,还有碳刷,有刷电机因此也叫(jiào)碳刷电机(jī),或(huò)者有碳(tàn)刷电机。碳刷通(tōng)过与(yǔ)绕组上的铜头接触,让电机得以(yǐ)转动。但是由于由于高速转动时,会(huì)带(dài)来碳刷的磨损,因此有刷电(diàn)机需要(yào)在碳刷用完之后,更换碳刷。而铜头也会磨损,因此在有(yǒu)碳刷时代的竞赛电机,除了更换碳刷,还(hái)需要打磨(mó)铜头,让铜头(tóu)保持光滑。更换(huàn)碳刷后还需要磨合,让碳(tàn)刷与铜头(tóu)的接触面(miàn)积最大(dà)化,以实(shí)现(xiàn)最大电流来提高电机的(de)转(zhuǎn)速/扭矩(jǔ)。

无刷(shuā)电机:既然有刷(shuā)有以上的(de)弊端,于(yú)是无(wú)刷便(biàn)应运而生(shēng)。

无刷是把线圈绕在定子(zǐ)上,然(rán)后(hòu)把磁铁做成转子,转动(dòng)的是磁(cí)铁,而不是(shì)线(xiàn)圈,因此就没有了(le)碳刷这个消耗品。

既然线圈固定了,那么如何让(ràng)线(xiàn)圈产生变化的磁场呢?这(zhè)就是为什么无刷需要(yào)3根线的(de)原因(yīn)了。利用无刷电调,给线圈组对(duì)应地(dì)供(gòng)电以产生相应(yīng)的磁场,就可以实现不停地驱动磁(cí)铁(tiě)转子保持转动。

总结:无论有刷电机还是无刷电机,基本原理都是通过线圈(quān)产生磁(cí)场,然(rán)后搭配永磁(cí)铁来驱动转子转动。有刷是把永磁铁做成定子,线圈做成转子。而无刷则是把线圈(quān)做成定子,永磁铁做成圆(yuán)形的转子。

电机使用(yòng)小提示:玩(wán)家面向马达输出轴,马达以逆时针转(zhuǎn)动时,车架是前进方向,则是标准的车架设计。如果某些车(chē)架使用非标(biāo)设(shè)计(jì),那么就会变成马(mǎ)达逆时(shí)针转动(dòng)时,车子反而后退。当(dāng)然也有可能是一些(xiē)轴车玩家安装过程出错,将差(chà)速的左右装反了,也会(huì)出现反向的错误。

有刷电调与无刷电(diàn)调

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

有刷电调往往只有4根线,2根是输入电源端,接到正负极。另外2根则是控制电机转速(sù)的输出端(duān),接(jiē)到电机(jī)的2个电极(jí)上。通(tōng)过改(gǎi)变电流(liú)/电压以及传导方向就可以实现对转速以(yǐ)及正反的控制。

以前的(de)顶级竞赛级有刷电调是不带倒车(chē)的,因此(cǐ)只有3根线(xiàn)柱,接(jiē)到电机正极的线和(hé)电池正极是同一根线柱。

无刷电调,和有刷(shuā)一样道理,无(wú)刷电机需要工(gōng)作,就(jiù)必(bì)然需要一个无刷电(diàn)调。

无刷(shuā)电调输入端一样(yàng)是2根(gēn)线(xiàn),正负极(jí)电源。但是无刷输出则需要3根线。原理(lǐ)上面我们介(jiè)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动转子转动。

说完原(yuán)理,我们就知道,无刷电机必须使用无刷(shuā)电调才(cái)可以。而有刷(shuā)电机则需要使用有刷电调才行(háng)。但是(shì)部分无刷电调(diào)可以(yǐ)通过改写内置程序,让输(shū)出的3根线桥(qiáo)搭成2根,用以驱动有(yǒu)刷电(diàn)机。好盈(yíng)科(kē)技之前(qián)就曾经推出过此类产品,不过(guò)早已停产(chǎn),因为无刷已经成为主(zhǔ)流。

说完基本原理,下面来(lái)说一些电机的基(jī)本参数及其意义。

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

电机(jī)T数:

T,英(yīng)文Turn,线圈绕了多少圈的意(yì)思,例如线圈绕(rào)了21圈,则称为21T。某些品(pǐn)牌(pái)也称为(wéi)RRound的缩写(xiě),相同(tóng)的(de)意(yì)思(sī),都是绕线圈(quān)数(shù)。

有刷电机因为绕线都是从铜(tóng)头开始,然后也在铜头处结束,因此有刷都是整数(shù)圈,例如20T30T等等。

无(wú)刷电机因为结构限制,常见都是从输入端开(kāi)始,结束于另外一(yī)侧,因(yīn)此常见都是多半圈,于是大多(duō)数都(dōu)是4.58.521.5T这样的。也(yě)有一些结构比较特殊(shū)的是整数圈,例如4T。这(zhè)种整(zhěng)数圈的相对很少。

不管无人机电机(jī)有刷还是(shì)无刷,同系列相同尺(chǐ)寸的情况(kuàng)下,都是线圈是(shì)越(yuè)小,则电机的(de)转速与(yǔ)扭矩(jǔ)越(yuè)大(dà),耗电(diàn)与发热越高(gāo),能(néng)提供更强劲的动力输出。此前我们(men)都有留意到网上不(bú)少流(liú)传,说T数高的电机,扭(niǔ)力(lì)比T数低的要(yào)大。这个是完完全全的误区。电机的(de)T数类似于真车(chē)的排量,T数越小则相当于排(pái)量越高(gāo),能提供越大的功率(lǜ)和扭矩。选择(zé)什么T数,则是根据需要搭配(pèi)的问题,还要(yào)牵涉到齿轮比的搭配。

无(wú)刷电机和有刷(shuā)电(diàn)机之间的(de)T数(shù)对应关(guān)系:往往我们认为无刷电机的T数,乘以2~2.5之(zhī)间,得(dé)出的数值,这个数值T数的有(yǒu)刷,就与这个无刷(shuā)T数(shù)的功率与扭矩比较接近。例如(rú)一个8.5T的(de)无刷,大约就(jiù)是17~21T之(zhī)间的有刷接近;再例如(rú)一个21.5T的无(wú)刷,跟一个43~55T之间的有刷接(jiē)近。

转速/KV值:

有刷电机有些会(huì)标出(chū)转速(sù),例如30000rpm @ 7.2V,意思则是7.2V时(shí)电(diàn)机(jī)可以实现(xiàn)三万转每分(fèn)钟的空载转速。

无刷电(diàn)机则常(cháng)见是标KV值,无(wú)刷的KV值是无刷特有(yǒu),是指电压(yā)每增加1V,电机的转速(sù)增加多少RPM,例如3000KV意(yì)思则为(wéi)每提高1V的电压(yā)能让电机(jī)转速增加(jiā)3000RPM,因此我(wǒ)们可以换算得到这个电机在8.4V满电的(de)锂电(diàn)下,转速是8.4*3000=25200RPM

无刷电(diàn)机(jī)一(yī)但做好(hǎo),其(qí)T数和(hé)KV值则是固定的,例如某(mǒu)品牌某(mǒu)型(xíng)号(hào)的8.5T4000KV10.5T3300KV这样。于是无(wú)刷电机(jī)在销售(shòu)时有些会只(zhī)标T数(shù),或者只标KV值,并非所有型号都会标(biāo)上(shàng)T数和KV值,但是(shì)在(zài)规格参数中这2项基(jī)本都不会缺席。

标(biāo)T数的,主(zhǔ)要是3650的电(diàn)机,而其他类(lèi)型的则(zé)主要标KV值。这个是国际惯例有关的问题(tí)。

输出轴径:

电(diàn)机需要带动车子转(zhuǎn)动,要输出动力(lì),自然是(shì)需要靠输出的那根轴来安装马达齿或者传动轴,于是这(zhè)根输出轴的尺寸(cùn)就(jiù)成了必须要考虑的因素。常见轴径有:2mm3.175mm5mm8mm

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