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无人机技术(shù)各模块详解与技术分析

 

本文(wén)向各位无人机航模爱好(hǎo)者介绍下电机(jī)的(de)种类(有(yǒu)刷电机(jī)和无刷电机)、转(zhuǎn)速调节器(简称电调)。

电(diàn)动(dòng)飞(fēi)机的动力,主(zhǔ)要是(shì)指两个元(yuán)件:第一就是(shì)电(diàn)机(Motor),也(yě)称(chēng)马达,第二是电调。

电调的(de)作(zuò)用是控制电机转速的调速器(Speed Controller),很(hěn)久之前早(zǎo)期(qī)的调速器是使(shǐ)用舵机控制(zhì)可调电阻拨(bō)片来(lái)实现,此(cǐ)类称(chēng)为(wéi)机械调速器,现已退出历史舞台(tái),仅能(néng)在(zài)一些复刻车架包装(zhuāng)盒或者说明书上看到其照片(piàn)。现在我们说调速器,都(dōu)是指电子调速器,简称电(diàn)调,英文Electronic Speed Controller,缩写ESC

按大类来分(fèn),可分为(wéi)有刷动力和(hé)无刷动力。即有刷电调搭(dā)配有刷电机,以及无刷电(diàn)调搭配无刷电机。

有刷电(diàn)机与无刷电机

车模用的电(diàn)机,全部(bù)都是(shì)内转子电机,也就是电机外壳(ké)是固定的,靠里面圆形转子转动。外转子的(de)这里不予讨论,想要(yào)了解外转(zhuǎn)子与内转子的,可以自行百度了(le)解。

有刷(shuā)电机:早期的(de)电机,是将磁铁(tiě)固定在电(diàn)机(jī)外壳或者(zhě)底座,成为定子。然(rán)后将线圈绕组,成为转子,模(mó)型车(chē)用有刷电(diàn)机(jī)常见都(dōu)是(shì)3组(zǔ)绕线。

有(yǒu)刷电机最基(jī)本的组成(chéng)部分除(chú)了定子,转(zhuǎn)子,还有碳刷,有刷电机(jī)因此也叫(jiào)碳刷电机,或者(zhě)有碳(tàn)刷电(diàn)机。碳刷通过与绕组上的铜(tóng)头接触(chù),让电机得以转动。但是由(yóu)于由(yóu)于高速转动时,会带来碳刷的磨损,因(yīn)此有刷电(diàn)机需要在碳刷用完之后,更换碳刷。而铜头也会磨(mó)损(sǔn),因此在有碳刷(shuā)时(shí)代的竞赛(sài)电机,除(chú)了更换碳刷(shuā),还需要打磨铜头,让铜头保持光滑。更(gèng)换碳刷后还(hái)需(xū)要磨合(hé),让碳刷与铜头的接(jiē)触面积最大化,以实(shí)现(xiàn)最大电(diàn)流来提高电机的(de)转(zhuǎn)速/扭矩。

无刷电机:既然有刷(shuā)有以上的弊端,于是无刷便应运而生(shēng)。

无刷是把线圈绕在定子上,然(rán)后(hòu)把磁铁做成转子(zǐ),转动的是磁铁,而不(bú)是线(xiàn)圈,因(yīn)此就没有了碳刷这个消耗品。

既然线圈固定了,那么如何(hé)让线圈(quān)产生变化的磁场呢(ne)?这就是为(wéi)什么无刷需要3根线的(de)原因了(le)。利用无刷电调(diào),给线(xiàn)圈组对应地供(gòng)电以产(chǎn)生相应的磁(cí)场,就可以实(shí)现不停地驱动磁(cí)铁(tiě)转子(zǐ)保持转动。

总结:无论有刷电机还是无刷(shuā)电机(jī),基本原理都是通过线(xiàn)圈产生磁场,然后搭配永磁铁(tiě)来驱动(dòng)转子转动。有(yǒu)刷是把永磁铁做(zuò)成定子,线圈做成转子。而无刷则是把线圈做成(chéng)定子,永(yǒng)磁铁做成圆形的转子(zǐ)。

电(diàn)机使用小提(tí)示:玩家(jiā)面(miàn)向马达输出(chū)轴(zhóu),马达(dá)以逆时针转动时,车架是前进方向,则(zé)是标准的车架(jià)设计。如(rú)果某些车(chē)架(jià)使用非(fēi)标设计,那么就会变成马达逆时针转动(dòng)时,车子(zǐ)反而后退。当然(rán)也有可能(néng)是一(yī)些轴车玩家安装过程出错,将差速的左(zuǒ)右装反了,也(yě)会(huì)出现反向的错误。

有刷(shuā)电(diàn)调与无刷(shuā)电调

有刷电调,说完有刷(shuā)电机,自然要提及到有刷(shuā)电调,有刷(shuā)电调就是用来控制有(yǒu)刷(shuā)电机转速的设备了。

有刷电调往往只有4根(gēn)线,2根是输入电源端,接到正负极。另(lìng)外2根则是(shì)控制电机转速的输出端,接到电机的(de)2个(gè)电极上。通过改变电流(liú)/电压以及传(chuán)导方向就可以实现对转(zhuǎn)速(sù)以(yǐ)及正(zhèng)反的(de)控制。

以前的(de)顶级竞赛级(jí)有刷电调是不带倒车(chē)的,因(yīn)此只有3根线柱,接到电(diàn)机正极(jí)的(de)线和电池正极是同一根线(xiàn)柱。

无刷(shuā)电调,和有(yǒu)刷一(yī)样(yàng)道(dào)理,无刷电机需(xū)要工作,就必然需要一(yī)个(gè)无刷电调(diào)。

无(wú)刷电调(diào)输入端一样是2根线,正负极(jí)电源。但(dàn)是无刷(shuā)输出则需(xū)要3根线。原理上面我们介绍无刷电机的时候说过了(le),就是靠(kào)3根线不停地改变磁场以(yǐ)驱动(dòng)转子转动(dòng)。

说完原理(lǐ),我们就知道(dào),无(wú)刷电机必须使用无刷电调才可以。而有刷电机则(zé)需(xū)要使用有刷电调才(cái)行。但是部分无刷电调可以(yǐ)通过(guò)改写内(nèi)置程序,让输出(chū)的3根线桥搭成2根,用以(yǐ)驱动有刷电机。好盈科技之前就(jiù)曾经(jīng)推出过(guò)此类产品(pǐn),不(bú)过早已停产,因为无刷已经(jīng)成为主流。

说完基本(běn)原理,下面来说一些电(diàn)机(jī)的基本参(cān)数及(jí)其(qí)意义(yì)。

电(diàn)机常见参数:T数,转速,无刷电机KV值,尺寸(cùn),轴径,2/4极是什(shí)么,有感(gǎn)和无感是什么?

电机T数:

T,英文Turn,线(xiàn)圈(quān)绕了(le)多(duō)少圈的意思,例(lì)如线圈绕了21圈,则称(chēng)为21T。某些品牌也称为(wéi)RRound的缩写,相同的意(yì)思,都是绕线圈数。

有刷电机因为绕线都(dōu)是从铜(tóng)头开(kāi)始,然后(hòu)也在铜(tóng)头处(chù)结束,因此有刷都是整数圈(quān),例如20T30T等等。

无刷电机因为(wéi)结构限制,常见都是从(cóng)输入端(duān)开(kāi)始,结束于另外(wài)一(yī)侧,因此常见都是多半圈(quān),于是大多数都(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(rú)4T。这种整数圈的(de)相(xiàng)对很少。

不管无人机电机有刷还是无刷,同系列(liè)相同尺寸的情况下,都是线(xiàn)圈是越小,则电机的(de)转(zhuǎn)速(sù)与扭矩越大,耗(hào)电与发(fā)热(rè)越高,能提(tí)供更(gèng)强劲的动力输出(chū)。此前(qián)我(wǒ)们(men)都有留(liú)意到网(wǎng)上不少流传,说T数高的(de)电机(jī),扭力(lì)比T数低(dī)的要大。这(zhè)个(gè)是完(wán)完全全的误区。电机的T数类似(sì)于真(zhēn)车的排量,T数越(yuè)小则相当于排量越高(gāo),能(néng)提供越大(dà)的功率(lǜ)和(hé)扭矩。选择什么T数,则是根(gēn)据需要搭配的(de)问题,还要(yào)牵涉到齿轮比(bǐ)的搭配。

无刷电机和有刷电机之间的T数(shù)对应关系:往往我们认为无刷电(diàn)机(jī)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(gè)无(wú)刷T数的(de)功率与(yǔ)扭矩比较接近。例如一个(gè)8.5T的无刷,大约就是(shì)17~21T之(zhī)间的有刷接近;再例如一个21.5T的无刷,跟一个43~55T之间的有刷接近。

转速(sù)/KV值:

有刷电(diàn)机有些(xiē)会标(biāo)出转速,例如30000rpm @ 7.2V,意思(sī)则(zé)是7.2V时电机可以(yǐ)实现三万转每分钟的(de)空载转速。

无(wú)刷电机(jī)则常见(jiàn)是(shì)标KV值,无(wú)刷的KV值是无刷特有,是指电压每(měi)增加1V,电(diàn)机的转速增加多少RPM,例如3000KV意思则为每提高1V的电压能让电机转(zhuǎn)速增加3000RPM,因此我们可以换算得到这个电机在8.4V满电(diàn)的(de)锂电下,转速(sù)是8.4*3000=25200RPM

无刷电(diàn)机一但做好,其T数(shù)和KV值则是固定(dìng)的,例如某品(pǐn)牌某型号的8.5T4000KV10.5T3300KV这(zhè)样。于是无(wú)刷电(diàn)机在销售(shòu)时有些会只标T数,或者只标KV值,并非所有型号都会标上T数和KV值,但(dàn)是(shì)在规格参数中这(zhè)2项基(jī)本都不会缺席。

T数的,主要是3650的电(diàn)机,而其他类(lèi)型(xíng)的(de)则主要标KV值。这个是国际惯例有关的问题。

输出轴径(jìng):

电(diàn)机需要带动车子转动,要输出(chū)动力(lì),自然是需要靠输出的那根轴来安(ān)装马达齿或者传动轴(zhóu),于是这根输(shū)出轴的尺寸就成了必须要考虑的因素。常(cháng)见轴径(jìng)有:2mm3.175mm5mm8mm

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