我們常用的無(wú)刷電機(jī)里面究竟有些什么技術(shù)？

我們常用的無(wú)刷電機(jī)里面究竟有些什么技術(shù)？如何解釋那些專業(yè)名詞？各種參數(shù)和設(shè)備之間究竟有什么區(qū)別和聯(lián)系呢？根據(jù)電機(jī)的結(jié)構(gòu)和工作原理，可以將電機(jī)分為有刷電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)，今天就帶大家了解一下：

有刷電機(jī)

有刷電機(jī)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(lèi)型，也是目前數(shù)量最多的電機(jī)類(lèi)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(lái)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(guò)由于結(jié)構(gòu)限制，所以缺點(diǎn)也比較明顯：

機(jī)械換向產(chǎn)生的火花會(huì)引起換向器和電刷摩擦，電磁干擾和噪聲大、壽命短。

結(jié)構(gòu)復(fù)雜、可靠性差、故障多，需要經(jīng)常維護(hù)。

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。

在模界，主要應(yīng)用于速度較慢和對(duì)震動(dòng)不敏感的車(chē)模、船模上面，航模很少采用有刷電機(jī)。

圖1：有刷電機(jī)工作原理
圖源：Renesas Electronics

無(wú)刷電機(jī)無(wú)刷直流電機(jī)不使用機(jī)械的電刷裝置，而是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)。其具有高效率、低能耗、低噪音、超長(zhǎng)壽命、高可靠性、可伺服控制、無(wú)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)。無(wú)刷電機(jī)廣泛應(yīng)用于航模、高速車(chē)模和船模。 不過(guò)，單個(gè)的無(wú)刷電機(jī)并不是一套完整的動(dòng)力系統(tǒng)。無(wú)刷電機(jī)往往都必須通過(guò)無(wú)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(wú)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(wú)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，是在定子旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)的作用下進(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。

圖2：無(wú)刷電機(jī)工作原理

圖源：硬件十萬(wàn)個(gè)為什么

1

無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖３：無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)

圖源：硬件十萬(wàn)個(gè)為什么

無(wú)刷電機(jī)的前蓋、中蓋、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(wú)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：安裝在轉(zhuǎn)子上，是無(wú)刷電機(jī)的重要組成部分。無(wú)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：有槽無(wú)刷電機(jī)的重要組成部分。當(dāng)然，無(wú)槽無(wú)刷電機(jī)是沒(méi)有硅鋼片的，但是目前絕大多數(shù)的無(wú)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：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：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(lèi)，而目前大多數(shù)的無(wú)刷電機(jī)都是采用深溝球軸承。

1

直流無(wú)刷電機(jī)的工作原理

直流無(wú)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組成。位置傳感器按轉(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(kāi)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(kāi)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(lèi)型。

采用磁敏式位置傳感器的直流無(wú)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?a href="http://ttokpm.com/v/tag/123/" target="_blank">集成電路等）裝在定子組件上，用來(lái)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(wú)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)按一定頻率間歇產(chǎn)生脈沖信號(hào)。

采用電磁式位置傳感器的無(wú)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(kāi)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）。

圖4：直流無(wú)刷電機(jī)工作原理
圖源：Renesas Electronics

簡(jiǎn)單而言，直流無(wú)刷電機(jī)就是依靠改變輸入到無(wú)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?chē)纬梢粋€(gè)繞電機(jī)幾何軸心旋轉(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(lái)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(wú)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(lái)說(shuō)，無(wú)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(wú)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(guò)程的總體控制，所以一般來(lái)說(shuō)價(jià)格要比無(wú)刷電機(jī)高出很多。