电机无刷、有刷、无感与有感的认识

电机无刷、有刷、无感与有感的认识

有刷电机和无刷电机是四轴或赛车中使用的两种常见类型的电机。在本文中,我们将讨论它们之间的差异,以及它们的工作原理。

有刷电机和无刷电机的结构差异

“刷式”电动机具有旋转定子(线圈),其用作具有两个极的电磁铁。外壳是固定的(不移动),因此通常可以在不使用任何螺钉的情况下安装有刷电机。(如图左)

“无刷”电动机使用永磁体并通过电子切换极性而不是刷子来完成切换,因此称为“无刷”。由于移动电机罩,电机通常使用螺钉安装在底座上。(如图右)

有刷电机

有刷电机工作原理

如上图所示,由甲乙丙丁四张图进行说明。如图甲,当直流电施加在换向片和线圈中,由左手定则导线受到转矩,a b速度方向向上c d速度方向向下。乙图中由于惯性转过换向片的间隙。丙图中电流由b流向c,由左手定则,d c受力向上,a b受力向下,转矩方向未变,旋转方向任然是顺时针。

有刷电机的优点

制作成本低廉高效可以做成小包装由于缺乏电子设备,在极端环境中有利可更换的刷子可延长使用寿命双线控制 - 控制简单; 无刷电机有3根电线,需要速度控制器才能工作固定速度不需要速度控制器常用应用:风扇电机,电动工具,小型电动玩具和电脑周边设备。低速扭力性能优异、扭矩大。

有刷电机的缺点

电刷和转化器之间有摩擦,造成效率降低、噪音增加、容易发热,有刷电机的寿命要比无刷短几倍。维护麻烦,需要不停的换电刷。电阻大,效率低、输出功率少。电刷和换向器摩擦会引起火花,干扰大。无刷电机

无刷电机的优点

无刷 - 更低的维护和更长的耐用性由于没有刷子,更好的速度和扭矩,因为刷子摩擦力随着速度而增加更宽的速度范围与有刷电机相比,结构更好地散热对于高速/动力操作而言更具成本效益

流行的应用:无线电控制模型飞机和无人机,电动汽车和工业机械,需要高转速和高功率

无刷电机的缺点

造价高昂。如果使用的环境是在高磁场的地方或曾经接触或和高磁场很近电机将失去作用。

无刷电机的命名

相对于有刷电机,无刷电机的命名好理解很多,一般它有四个数字组成,例如2040无刷电机。这个数字仅代表电机的外形尺寸。2040表示直径为20mm,长度为40的电机。

无刷电机的特点

没有碳刷,理论上转子无需与外界有导体上的连接。运行过程中,无刷电机的转数通过交流电频率改变的,因此频率越高无刷电机可以转得越快。无刷电机的转速由KV值设定,1000KV表示每1V电压电机转速加快1000转。因此5V电压,电机转速5000RPM。 在电机旋转时,同转速的电机扭力是靠电调输出的电流强度决定的,电流越大扭力越大。

RPM是Revolutions Per Minute的缩写,即转每分,表示设备每分钟的旋转次数。

外传子与内转子无刷电机

内转子无刷电机,顾名思义,就是磁铁在里面。而外转子无刷电机则相反,它的磁铁在外面,而A、B、C电极在里面。这样的设计可以让电机扭力更大,但转速却上不来。在模型中,一般外转子无刷电机的KV值在2000以内,而内转子电机则可以到8000—9000KV。因此,一般飞机常用外转子无刷电机,而模型车和模型船一般用户内转子无刷电机。

无人机中使用电机

无刷电机似乎是最受欢迎的选择,它们几乎用于所有类型的无人机。唯一的例外是运行1S LiPo电池的低功率微型无人机。一个很好的例子就是Tiny Whoop。对于任何功率要求更大的,无刷电机是首选。在这种业余爱好中为多旋翼设计的有刷电机仅支持1S LiPo,最多可支持2S。无刷电机支持更高的电压,从1S到12S。

以下是不同尺寸,直径x高度(均以mm为单位)的有刷电机。更大的马达意味着更强的动力。

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有感无刷和无感无刷

有感无刷中的感是指“霍尔传感器”,那么什么是“霍尔”呢?霍尔是指的霍尔效应,这一现象是美国物理学家霍尔(A.H.Hall,1855-1938)于1879年研究金属的导电机构时,当电流垂直于外磁场通过导体,在导体的垂直于磁场和电流方向的两个端面之间会出现电势差。

无刷电机的转速是靠交流电频率决定的,那么电调要弄明白目前电机的转速以及当前电机的状态。对于正常运转的电机来说很容易,但对于一个刚刚起步或者运行速度很慢的电机来说就显得比较麻烦了(很难准确测出电机的转速),因此无感无刷电机在低速时线性不好,甚至颤抖,起步的扭力也比不上同等级的有刷电机。

后来人们发现无论什么运行状态的无刷电机,它的霍尔效应都是明显的,所以通过霍尔效应可以很容易的知道无论高速还是低速的电机运行状态,从而解决了无感无刷电机的毛病。但霍尔传感器价格并不低,因此有感无刷电机、电调价格会比无感无刷贵很多。

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