无人机动力部件(电机和电调)系统知识与原理.doc

本文向各位无人机航模爱好者介绍下电机的种类（有刷电机和无刷电机）、转速调节器（简称电调）。
电动飞机的动力，主要是指2个元件：第一就是电机(Motor)，也称马达，第二是电调。
　　电调的作用是控制电机转速的调速器(Speed Controller)，很久之前早期的调速器是使用舵机控制可调电阻拨片来实现，此类称为机械调速器，现已退出历史舞台，仅能在一些复刻车架包装盒或者说明书上看到其照片。现在我们说调速器，都是指电子调速器，简称电调，英文Electronic Speed Controller，缩写ESC
　　按大类来分，可分为有刷动力和无刷动力。即有刷电调搭配有刷电机，以及无刷电调搭配无刷电机。
　　有刷电机与无刷电机
　　车模用的电机，全部都是内转子电机，也就是电机外壳是固定的，靠里面圆形转子转动。外转子的这里不予讨论，想要了解外转子与内转子的，可以自行百度了解。
　　有刷电机：早期的电机，是将磁铁固定在电机外壳或者底座，成为定子。然后将线圈绕组，成为转子，模型车用有刷电机常见都是3组绕线，下图就是典型的有刷电机构造。

　　通过图片可见有刷电机最基本的组成部分除了定子，转子，还有碳刷，有刷电机因此也叫碳刷电机，或者有碳刷电机。碳刷通过与绕组上的铜头接触，让电机得以转动。但是由于由于高速转动时，会带来碳刷的磨损，因此有刷电机需要在碳刷用完之后，更换碳刷。而铜头也会磨损，因此在有碳刷时代的竞赛电机，除了更换碳刷，还需要打磨铜头，让铜头保持光滑。更换碳刷后还需要磨合，让碳刷与铜头的接触面积最大化，以实现最大电流来提高电机的转速/扭矩。
　　无刷电机：既然有刷有以上的弊端，于是无刷便应运而生。
　　无刷是把线圈绕在定子上，然后把磁铁做成转子，转动的是磁铁，而不是线圈，因此就没有了碳刷这个消耗品。
　　既然线圈固定了，那么如何让线圈产生变化的磁场呢?这就是为什么无刷需要3根线的原因了。利用无刷电调，给线圈组对应地供电以产生相应的磁场，就可以实现不停地驱动磁铁转子保持转动。
　　下图就是无刷电机的最基本原理，动画图十分简单易懂，就是我们现在主流的2极电机的驱动原理。
　　总结：无论有刷电机还是无数电机，基本原理都是通过线圈产生磁场，然后搭配永磁铁来驱动转子转动。有刷是把永磁铁做成定子，线圈做成转子。而无刷则是把线圈做成定子，永磁铁做成圆形的转子。
　　电机使用小提示：玩家面向马达输出轴，马达以逆时针转动时，车架是前进方向，则是标准的车架设计。如果某些车架使用非标设计，那么就会变成马达逆时针转动时，车子反而后退。当然也有可能是一些轴车玩家安装过程出错，将差速的左右装反了，也会出现反向的错误。
　　有刷电调与无刷电调
　　有刷电调，说完有刷电机，自然要提及到有刷电调，有刷电调就是用来控制有刷电机转速的设备了。
　　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的输出端，接到电机的2个电极上。通过改变电流/电压以及传导方向就可以实现对转速以及正反的控制。
　　下图是好盈酷跑60A防水型有刷电调，此电调的详细参数参考翼趣无人机网所列。

　　以前的顶级竞赛级有刷电调是不带倒车的，因此只有3根线柱，接到电机正极的线和电池正极是同一根线柱。
　　无刷电调，和有刷一样道理，无刷电机需要工作，就必然需要一个无刷电调。
　　无刷电调输入端一样是2根线，正负极电源。但是无刷输出则需要3根线。原理上面我们介绍无刷电机的时候说过了，就是靠3根线不停地改变磁场以驱动转子转动。
　　下图是目前好盈顶级V3.1版120A电调

　　说完原理，我们就知道，无刷电机必须使用无刷电调才可以。而有刷电机则需要使用有刷电调才行。但是部分无刷电调可以通过改写内置程序，让输出的3根线桥搭成2根，用以驱动有刷电机。好盈科技之前就曾经推出过此类产品，不过早已停产因为无刷已经成为主流。
　　说完基本原理，下面来说一些电机的基本参数及其意义
　　电机常见参数：T数，转速，无刷电机KV值，尺寸，轴径，2极/4极是什么，有感和无感是什么?
　　电机T数：
　　T，英文Turn，线圈绕了多少圈的意思，例如线圈绕了21圈，则称为21T。某些品牌也称为R，Round的缩写，相同的意思，都是绕线圈数。
　　有刷电机因为绕线都是从铜头开始，然后也在铜头处结束，因此有刷都是整数圈，例如20T，30T等等。
　　无刷电机因为结构限制，常见都是从输入端开始，结束于另外一侧，因此常见都是多半圈，于是大多数都是4.5，8.5，21.5T这样的。也有一些结构比较特殊的是整数圈，例如4T。这种整数圈的相对很少。
　　不管有刷还是无刷，同系列相同尺寸的情况下，都是线圈是越小，则电机的转速与扭矩越大，耗电与发热越高，能提供更强劲的动力输出。此前我们都有留意到网上不少流传，说T数高的电机，扭力比T数低的要大。这个是完完全全的误区。电机的T数类似于真车的排量，T数越小则相当于排量越高，能提供越大的功率和扭矩。选择什么T数，则是根据需要搭配的问题，还要牵涉到齿轮比的搭配。
　　无刷电机和有刷电机之间的T数对应关系：往往我们认为无刷电机的T数，乘以2~2.5之间，得出的数值，这个数值T数的有刷，就与这个无刷T数的功率与扭矩比较接近。例如一个8.5T的无刷，大约就是17~21T之间的有刷接近;再例如一个21.5T的无刷，跟一个43~55T之间的有刷接近。
　　转速/KV值：
　　有刷电机有些会标出转速，例如30000rpm @ 7.2V，意思则是7.2V时电机可以实现三万转每分钟的空载转速。
　　无刷电机则常见是标KV值，无刷的KV值是无刷特有，是指电压每增加1V，电机的转速增加多少RPM，例如3000KV意思则为每提高1V的电压能让电机转速增加3000RPM，因此我们可以换算得到这个电机在8.4V满电的锂电下，转速是8.4*3000=25200RPM
　　无刷电机一但做好，其T数和KV值则是固定的，例如某品牌某型号的8.5T是4000KV，10.5T是3300KV这样。于是无刷电机在销售时有些会只标T数，或者只标KV值，并非所有型号都会标上T数和KV值，但是在规格参数中这2项基本都不会缺席。
　　标T数的，主要是3650的电机，而其他类型的则主要标KV值。这个是国际惯例有关的问题。
　　输出轴径：
　　电机需要带动车子转动，要输出动力，自然是需要靠输出的那根轴来安装马达齿或者传动轴，于是这根输出轴的尺寸就成了必须要考虑的因素。
　　常见轴径有：2mm，3.175mm，5mm，8mm