無(wú)刷電機(jī)怎樣增加功率 淺談無(wú)刷電機(jī)的特點(diǎn)

本文主要是關(guān)于無(wú)刷電機(jī)的相關(guān)介紹，并著重對(duì)無(wú)刷點(diǎn)擊增加功率的方法進(jìn)行了詳盡的闡述。

無(wú)刷電機(jī)

無(wú)刷直流電機(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。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)像變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能級(jí)的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。

工作原理

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開(kāi)關(guān)器件來(lái)實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開(kāi)關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無(wú)換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。

無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。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(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。 ［2］

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無(wú)刷直流電動(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無(wú)刷直流電動(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(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）。

相關(guān)對(duì)比

有刷電機(jī)缺點(diǎn)

（1）摩擦大，損耗大

老模友們?cè)谝郧巴嬗兴㈦姍C(jī)的時(shí)候都碰到這個(gè)問(wèn)題，那就是使用電機(jī)一段時(shí)間以后，需要打開(kāi)電機(jī)來(lái)清理電機(jī)的碳刷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，維護(hù)強(qiáng)度不亞于來(lái)一次家庭大掃除。

（2）發(fā)熱大，壽命短

由于有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機(jī)整體電阻較大，容易發(fā)熱，而永磁體是熱敏元件，如果溫度太高的話，磁鋼是會(huì)退磁的，使電機(jī)性能下降，影響有刷電機(jī)的壽命。

（3）效率低，輸出功率小

上面說(shuō)到的有刷電機(jī)發(fā)熱問(wèn)題，很大程度是因?yàn)殡娏髯龉υ陔姍C(jī)內(nèi)部電阻上了，所以電能有很大程度轉(zhuǎn)化為了熱能，所以有刷電機(jī)的輸出功率不大，效率也不高。

無(wú)刷電機(jī)優(yōu)點(diǎn)

（1）無(wú)電刷、低干擾

無(wú)刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒(méi)有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對(duì)遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。

（2）噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢

無(wú)刷電機(jī)沒(méi)有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會(huì)低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對(duì)于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個(gè)巨大的支持。

（3）壽命長(zhǎng)，低維護(hù)成本

少了電刷，無(wú)刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無(wú)刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動(dòng)機(jī)了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護(hù)即可。上下一比較，就知道無(wú)刷電機(jī)相對(duì)于有刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)在哪里了，但是萬(wàn)事都不是絕對(duì)的，有刷電機(jī)低速扭力性能優(yōu)異、轉(zhuǎn)矩大等性能特點(diǎn)是無(wú)刷電機(jī)不可替代的，不過(guò)就無(wú)刷電機(jī)的使用方便性來(lái)看，隨著無(wú)刷控制器的成本下降趨勢(shì)和國(guó)內(nèi)外無(wú)刷技術(shù)的發(fā)展與市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)，無(wú)刷動(dòng)力系統(tǒng)正在高速的發(fā)展與普及階段，這也極大促進(jìn)了模型運(yùn)動(dòng)的發(fā)展。

無(wú)刷電機(jī)怎樣增加功率

轉(zhuǎn)速不變，扭矩肯定要加大了，也就是說(shuō)定轉(zhuǎn)子的內(nèi)外徑不變，只加長(zhǎng)定子和轉(zhuǎn)子（磁鋼）。

無(wú)刷直流電機(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。由于無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會(huì)象變頻調(diào)速下重載啟動(dòng)的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動(dòng)繞組，也不會(huì)在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能積的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無(wú)刷電動(dòng)機(jī)的體積比同容量三相異步電動(dòng)機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號(hào)。

如果不考慮轉(zhuǎn)速，單從“加大功率”的角度說(shuō)是可以的，唯一的辦法是更改電動(dòng)機(jī)的極對(duì)數(shù)（前提條件是極數(shù)本身大于2極），功率可以提高很多（甚至翻倍提高）。6極電機(jī)改為2極，功率可提高約一倍，4極電機(jī)改為2極電機(jī)，功率約提高1/3，如果本身就是二極電機(jī)，那就沒(méi)辦法了。

這是電機(jī)改造時(shí)最常用的辦法！

但高價(jià)較高，需改造定子繞組！

無(wú)刷電機(jī)的特點(diǎn)

無(wú)刷電機(jī)是一種交流電機(jī)，也就是說(shuō)它的三根電纜輸送的是相位差為120度的三相交流電。當(dāng)然這個(gè)你不懂，我也不說(shuō)啥，因?yàn)闆](méi)啥用。

無(wú)刷電機(jī)你買的時(shí)候，考慮兩個(gè)參數(shù)：大小和KV。

KV只由這幾個(gè)參數(shù)決定：定子上面的線圈匝數(shù)和級(jí)數(shù)。這個(gè)和線圈的粗細(xì)，大小都沒(méi)有關(guān)系。而電機(jī)的大小，比如大家熟悉的2212或者我用的比較多的4530，更多的表示了一種尺寸。而電機(jī)的尺寸的含義，也就是定子上面可以繞多少銅。

要我說(shuō)，電機(jī)特別簡(jiǎn)單。同樣的電機(jī)，你繞的銅越多，它的功率就越大。

比如同樣KV的電機(jī)，匝數(shù)相同。有的電機(jī)用的銅線比較細(xì)，它的功率就小。有的比較粗，它的功率就大。而眾所周知銅線都是圓的，越粗的線造成的后果就是效率低，因?yàn)橛锌障赌闳贿M(jìn)去。所以有的電機(jī)通過(guò)纏多股細(xì)線來(lái)增加能纏上去的銅線的量。

但是電機(jī)的實(shí)際功率，它本身不重要，而要看其負(fù)載。

無(wú)刷電機(jī)是一種交流電機(jī)，也就是說(shuō)它的三根電纜輸送的是相位差為120度的三相交流電。當(dāng)然這個(gè)你不懂，我也不說(shuō)啥，因?yàn)闆](méi)啥用。

無(wú)刷電機(jī)你買的時(shí)候，考慮兩個(gè)參數(shù)：大小和KV。

KV只由這幾個(gè)參數(shù)決定：定子上面的線圈匝數(shù)和級(jí)數(shù)。這個(gè)和線圈的粗細(xì)，大小都沒(méi)有關(guān)系。而電機(jī)的大小，比如大家熟悉的2212或者我用的比較多的4530，更多的表示了一種尺寸。而電機(jī)的尺寸的含義，也就是定子上面可以繞多少銅。

要我說(shuō)，電機(jī)特別簡(jiǎn)單。同樣的電機(jī)，你繞的銅越多，它的功率就越大。

比如同樣KV的電機(jī)，匝數(shù)相同。有的電機(jī)用的銅線比較細(xì)，它的功率就小。有的比較粗，它的功率就大。而眾所周知銅線都是圓的，越粗的線造成的后果就是效率低，因?yàn)橛锌障赌闳贿M(jìn)去。所以有的電機(jī)通過(guò)纏多股細(xì)線來(lái)增加能纏上去的銅線的量。

但是電機(jī)的實(shí)際功率，它本身不重要，而要看其負(fù)載。

2212電機(jī)大多數(shù)配的都是30a左右的電調(diào)，這無(wú)可厚非。但是我現(xiàn)在要澄清一個(gè)事實(shí)。如果按照xxd或者朗宇這種電機(jī)的功率講的話，其實(shí)10a用來(lái)維持功率就足夠了。但是有一點(diǎn)在于如果你的電調(diào)最大是10a，在啟動(dòng)的時(shí)候，電機(jī)的負(fù)載是相當(dāng)大的。想象一下，電機(jī)轉(zhuǎn)速為0，但是期望轉(zhuǎn)速是10000rpm，這一瞬間電機(jī)幾乎到了峰值功率。雖然時(shí)間很短，10a電調(diào)也不會(huì)出啥事，但是總歸是超了，不安全。如果你的電調(diào)本身就渣的話，就是一個(gè)悲劇了。所以電調(diào)用20到40a的還是一個(gè)好選擇。

提到電機(jī)，就不能不提電池。

（科普：c數(shù)指的是電流相對(duì)于電池的大小。對(duì)于一塊x毫安時(shí)的電池，c數(shù)為n的含義就是x*n/1000安培）

電池的c數(shù)是越大越好，但是大c數(shù)電池特別貴。

如果你按照我所說(shuō)的c數(shù)計(jì)算，會(huì)發(fā)現(xiàn)2200mah，20c的電池的放電已經(jīng)達(dá)到了44a，幾乎這個(gè)級(jí)別不需要更大了。那為什么會(huì)出現(xiàn)像tp這種65c的電池呢？有必要嗎？

有！

電池的放電c數(shù)代表的是放電能力，電池放電的時(shí)候，一方面電流變大，而另一方面電池的電壓會(huì)變小。

比如剛才說(shuō)的2200mah，20c的電池，以3s，11.1v，滿電電壓12.6v為例。它在44a放電的時(shí)候，其電壓幾乎下降到了原電壓的一半，達(dá)到了7v。而我剛才說(shuō)的tp天價(jià)電池，它的電壓幾乎不變，在11.5左右。電池的壓降現(xiàn)象大家放電的時(shí)候插上BB響就能看出來(lái)。

所以c數(shù)這個(gè)東西，如果電池買得起，還是越大越好。

無(wú)刷電機(jī)結(jié)構(gòu)與控制

我們先看一般直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)，以下是一個(gè)簡(jiǎn)略圖。

外部保持不動(dòng)的部分叫定子（stator），它含有兩個(gè)或多個(gè)永磁極。而中間轉(zhuǎn)動(dòng)的部分是轉(zhuǎn)子（rotor），轉(zhuǎn)子由繞組（windings）組成并且與換向器（commutator）相連接。繞組使轉(zhuǎn)子的磁極與定子的永磁極相反，異性磁極相互吸引，使轉(zhuǎn)子運(yùn)動(dòng)，直至與定子的永磁極對(duì)齊。當(dāng)轉(zhuǎn)子剛好達(dá)到對(duì)齊位置時(shí)，電刷（brushes）移過(guò)換向器的連接處，激活下一組繞組，使電機(jī)繼續(xù)運(yùn)動(dòng)。

那無(wú)刷（Brushless）電機(jī)又與之有何不同呢？顧名思義，無(wú)刷電機(jī)是沒(méi)有電刷和換向器的電機(jī)，也可稱作無(wú)換向器電機(jī)。無(wú)刷電機(jī)的轉(zhuǎn)子為永磁體而定子由多個(gè)繞組組成。相當(dāng)于是將傳統(tǒng)直流電機(jī)的結(jié)構(gòu)從內(nèi)到外翻轉(zhuǎn)。繞組被連接到控制電路，控制電路代替了換向器的作用，負(fù)責(zé)激活相應(yīng)的合適的繞組。繞組按照旋轉(zhuǎn)的方向被逐個(gè)激活，被激活的定子繞組的磁極吸引轉(zhuǎn)子的磁極，在達(dá)到對(duì)齊位置時(shí)轉(zhuǎn)換。

無(wú)刷直流電機(jī)可根據(jù)定子繞組的數(shù)量配置為單相、雙相、三相。其中三相應(yīng)用最廣。

這張簡(jiǎn)略的對(duì)比圖很好的展示了一般直流電機(jī)和無(wú)刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)差異。

它有什么優(yōu)勢(shì)？

那么無(wú)刷電機(jī)的優(yōu)勢(shì)何在呢？

首先，沒(méi)有了電刷和換向器，傳統(tǒng)直流電機(jī)被限制向高速大容量電機(jī)發(fā)展的幾個(gè)因素，如換向火花、換向器的機(jī)械強(qiáng)度、電刷磨損等問(wèn)題都通過(guò)改變換向條件的方法得到了很好的解決。沒(méi)有滑動(dòng)接觸也就解決了換向火花的問(wèn)題，使其能在易爆環(huán)境中使用。無(wú)刷的結(jié)構(gòu)也提高了效率，電機(jī)本身沒(méi)有勵(lì)磁損耗和碳刷損耗，消除了多級(jí)減速耗，綜合節(jié)電率可達(dá)20%~60%。

其二，可以低速大功率運(yùn)行，可以省去減速機(jī)直接驅(qū)動(dòng)大的負(fù)載；轉(zhuǎn)矩特性優(yōu)異，中、低速轉(zhuǎn)矩性能好，啟動(dòng)轉(zhuǎn)矩大，啟動(dòng)電流??；無(wú)級(jí)調(diào)速，調(diào)速范圍廣，過(guò)載能力強(qiáng)等。

再有，耐顛簸震動(dòng)，噪音低，震動(dòng)小，運(yùn)轉(zhuǎn)平滑，壽命長(zhǎng)。

廣泛應(yīng)用

具備這些優(yōu)勢(shì)，使得無(wú)刷電機(jī)在生產(chǎn)生活中被廣泛運(yùn)用。

隨著無(wú)刷電機(jī)生產(chǎn)設(shè)計(jì)和控制水平的提升，它被更加廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。概括來(lái)說(shuō)主要有三種用途：持續(xù)負(fù)載應(yīng)用、可變負(fù)載應(yīng)用、定位應(yīng)用。

大到航空航天的機(jī)械臂控制、陀螺儀與舵機(jī)驅(qū)動(dòng)，或是汽車工業(yè)領(lǐng)域中的油泵控制、電控制器、發(fā)動(dòng)機(jī)控制等，小到日常生活中的吸塵器、攪拌機(jī)、電吹風(fēng)機(jī)、攝像機(jī)和家用電風(fēng)扇等其他家用電器，或是數(shù)碼相機(jī)、激光打印機(jī)、復(fù)印機(jī)、傳真機(jī)、錄音機(jī)、LD影碟機(jī)和碎紙機(jī)等辦公設(shè)備的驅(qū)動(dòng)，都能看到無(wú)刷電機(jī)的身影。

還有一個(gè)不得不提的，近年來(lái)備受關(guān)注的應(yīng)用是，無(wú)人機(jī)、飛行器領(lǐng)域。大疆無(wú)人機(jī)的成功使航拍系統(tǒng)普及到平常百姓家，人們也開(kāi)始越來(lái)越關(guān)注這一新興產(chǎn)業(yè)。

結(jié)語(yǔ)

關(guān)于無(wú)刷電機(jī)的相關(guān)介紹就到這了，如有不足之處歡迎指正。

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