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航空航天模型(无人机)知识之电机和电调(一)

更新时间: 2018-04-26 08:32:46  查看次数: 1473    
       最近,随着各种格斗机器人比赛的进行,攀爬车、模型群众基础日益广泛。电机、电调(电子调速器)等电子部件正影响着模型与机器人爱好者的“玩乐之路”。今天,小编就来与您共同探讨一下模型和机器人电机和电调的选择。

       电动模型的动力,主要是指2个元件:

       第一就是带动航模或车架行驶的电机(Motor)。
       第二就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、ESC(Electronic Speed Controller)。
按大类来分,电机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

       我们常见的小型电机,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,可以自行在网上搜索了解。


       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。

       下图是田宫一款有刷电机:SUPER STOCK RZ,略有年份,现在估计找不到新的了
 

       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,十分简单易懂,就是我们现在主流的2极电机的驱动原理。
 
       下图是好盈酷跑无刷电机
 

       总结:无论有刷电机还是无刷电机,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:玩家面向电机输出轴,电机以逆时针转动时,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玩家安装过程出错,将差速器的左右装反了,也会出现反向的错误。

       有刷电调与无刷电调

       1.有刷电调
       有刷电调配合有刷电机使用。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。
       图中是好盈酷跑60A防水型有刷电调    
 


       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。
       图中是田宫曾经的顶级有刷电调
 
       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。因为无刷电机与无刷电调已经成为主流。

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