什么是有刷电机什么是无刷电机(什么是有刷电机和无刷电机)

第四部分：外转子无刷直流电机

看完了内转子无刷DC电机的结构，让我们看看外转子的结构。不同的是，外转子电机是把中心的磁钢做成碎片，粘在机壳上。电机运转时，整个机壳在转动，而中间的线圈定子不动。与内转子相比，外转子无刷DC电机的转动惯量要大得多(因为转子的主要质量集中在外壳上)，所以外转子无刷DC电机的转速比内转子电机慢。通常KV值在几百到几千之间。也是主要用于航模的无刷电机。

无刷电机的KV值定义为：转速/V，表示输入电压每增加1伏，无刷电机增加的转速。比如标称值为1000KV的外转子无刷电机，在11伏电压下，最大空载转速为11000rpm(rpm的意思是：每分钟转数)。

同系列同尺寸的无刷电机会根据绕组匝数表现出不同的KV特性。如果绕组匝数大，KV值低，最大输出电流小，转矩大；如果绕组匝数小，KV值高，最大输出电流大，转矩小。我之前测试过横机2204电机的极限电流。单台电机能达到25A，2212系列电机达不到15A。

外转子无刷直流电机的结构：

分析方法类似于内转子电机。可以自己分析，根据右手螺旋定理判断线圈的N/S极。转子永磁体的N极有与定子绕组的S极对齐(吸引)的趋势，转子永磁体的S极有与定子绕组的N极对齐(吸引)的趋势，从而带动电机旋转。

经典无刷电机2212 1000kv电机结构分析：

其结构如下：定子绕组固定在底座上，转轴和外壳固定在一起构成转子，轴承插在定子中间。

线圈拆卸图

电机绕组图

后面显示了六种两相通电情况。可以看出，虽然绕组和磁极的数量可以以多种方式变化，但从电气控制的角度来看，通电顺序实际上是相同的。也就是说，无论外转子还是内转子电机，都遵循AB-AC-BC-BA-CA-CB的顺序进行通电和换向。当然，如果想让电机反转，电子的方法是按相反的顺序通电；物理方法直接切换任意两条线路。假设A和B对调，那么顺序是BA-BC-AC-AB-CB-CA。有没有发现这里的顺序完全颠倒了？

AB相电气化

交流相位通电

BC相通电

BA阶段电气化

CA相电气化

CB相电气化

因为每根导线同时连接到两个绕组，所以电流以两种方式流动。这里为了尽可能简化问题，下图中只显示了主电路的电流方向，其他电路的电流没有显示。另一个电路的具体情况后面再分析，涉及到电路检测换向位置。

无刷电机中的专业名词

额定电压：是无刷电机合适的工作电压。其实无刷电机的适用工作电压很宽，额定电压是指定负载条件的结果。但这个工作电压并不是无限上升的，主要受制于电子控制器支持的最高频率。所以额定工作是由工作环境决定的。

KV值：无刷DC电机根据额定工作电压标注额定转速。无刷电机引入了KV值的概念，可以让用户直观的知道无刷电机在特定工作电压下的具体转速。

转矩：(转矩，扭矩)电动机中转子产生的驱动转矩可以用来驱动机械负载。我们可以了解电机的功率。

转速：电机每分钟转速，一般用RPM表示。

最大电流：电机能承受并安全工作的最大电流。

最大功率：电机能承受并安全工作的最大功率=电压*电流

无刷电机功率和效率

我们可以简单的理解为电机的输出功率=转速*扭矩。在同样的功率下，扭矩和转速是一种权衡关系，即转速越高s

每个电机都有自己的功率极限，最大功率就是这个极限。如果工况超过这个最大功率，会导致电机高温烧坏。当然，这个最大功率也是在工作电压一定的情况下得到的。如果处于较高的工作电压，合理的最大功率也会提高。这是因为：Q=I2R，导体的发热与电流的平方成正比。在更高的电压下，如果是同样的功率，电流会降低，导致发热减少，最大功率增加。这也解释了为什么专业航拍飞行器大量使用22.2V甚至30V电池驱动多轴飞行器。高压下的无刷电机电流小，发热低，效率更高。

无刷电机电压与效率的关系

前两个公式：

1、功率=电压*电流

2、发热量=电流的平方*电阻

从公式中得出两个结论：相同功率下，电压越高，电流越小，得出相同功率下，电压越高，发热量越小。最后得出结论：电压越高，电流越小，同样的飞机产生的热量越少，效率越高。

现在你知道为什么高压电力线一定要用100KV甚至220KV或者550KV的高压供电了吧(这个KV是千伏)。

当然，飞机需要电池来驱动，具体来说就是锂电池。锂电池的数量自然取决于电池的大小，电池越大，自然能做到的电压越高。所以在电压方面，其实我们能做的并不多，因为市面上很多电池都是系列化的。比如像450这样的机型，可以找450直升机的6S电池，但是价格很高，需要的电子调音价格也较高。所以在电压方面应该做的是：尽量避免大型号使用低压电池，这样会造成工作电流比较大，耗铜量也比较大。同时，小型飞机也要避免使用高压电池，因为电池重量太大。

关于无刷电机的磁极对数

磁场的旋转速度又称同步速度，与三相电流的频率和磁极数p有关，如果定子绕组只有一对磁极(极对p=1)，即只有两个磁极，对于只有一对磁极的旋转磁场，三相电流变化一次，合成磁场也旋转一次。如果是50hz交流电，旋转磁场的同步速度是50转/分或3000转/分。在工程技术中，常用于以r/min的转速旋转。如果定子绕组合成的磁场有两对磁极(磁极对p=2)，即有四个磁极，可以证明电流变化一周，合成磁场在空间旋转180度，可以概括为：每分钟P对磁极旋转磁场的同步转速为n=60f/p。

当磁极数一定时，如果改变交流电的频率，就可以改变旋转磁场的同步速度，这就是变频调速的基本原理。因为电机的磁极是成对出现的，所以往往用极对来表示。

关于无刷电机的磁铁

世界上几乎100%的无刷电机都使用‘磁王’3354钕磁铁，用磁王来形容钕磁铁是名不虚传的。钕磁铁的磁性是我们生活中常见的黑色铁氧体磁铁的三倍！当然价格是铁氧体磁铁的10倍以上。无刷电机毕竟属于永磁电机，永磁电机的功率和特性完全取决于磁体。基本上，磁铁的体积和品牌决定了电机的最大功率。

此外，磁铁的形状也有差异。如果拆解一些廉价电机，会发现大部分磁铁都是方形的。方形磁铁易于加工且相对便宜，自然成为追求成本的电机的最佳选择。但是很多品牌的电机都选择弧形磁铁，这样可以保证磁铁和硅钢片之间的气隙始终一致。好像功率和效率都比方形磁铁好。然而，当一些电机被拆开时，发现了被称为面包型的磁铁。它们可以完全贴在铁壳上，但与硅钢片的距离与方形磁铁的距离相同

然而，在其他情况下也可以使用方形磁体。在多槽多极(例如36槽42极)的无刷电机中，基本都是用方形磁铁。这是因为铁壳的直径很大，方形磁铁可以很好的与铁壳粘合，与硅钢片的气隙也很均匀。

关于无刷电机的硅钢片

其实我初中学电磁学的时候经常想，为什么电机要用硅钢片？不是说带电导体在磁场中可以作用吗？那你为什么需要硅钢片？后来想了很久，终于得出一个结论，就是设计师不可能比你更蠢！

空气有弱磁性，但铁有磁性。硅钢片的作用是引导磁铁的磁路，形成电路，这就要求电机的磁阻(我们可以把它等同于电阻)比较小。但是大家也看到了，为什么定子是由一片片组成的？

你知道电磁炉的原理吗？为什么铁锅放在电磁炉上会发热？其实这是因为——类铁物质放在快速变化的电磁场中(想想交流电，瞬间飞来飞去，不像直流电，永远是正对负)会产生涡流损耗和热量，频率越高，产生的热量越大。硅钢片在电机的旋转磁场里，和电磁炉上放铁锅是一个问题。解决办法是在钢中加入硅，使其变成薄片。理论上，硅钢片越薄，涡流损耗就会越小。

那么你明白为什么普通固定翼电机多为0.35MM厚的硅钢片，而直升机和涵道机电机多为0.2MM的硅钢片了吗？电机转速越快，磁场变化越快，涡流损耗越大。目前多轴电机大多采用0.2MM的单片硅钢片，这样电机的铁损会更低。

关于无刷电机使用与保养

无刷电机由电机本体和驱动器组成，是典型的机电一体化产品，在很多领域得到了广泛的应用。用户在使用DC无刷电机时应注意的一些问题。

那么使用DC无刷电机需要注意什么呢？

(1)拆卸前，应用压缩空气吹净电机表面的灰尘，并将表面污垢擦拭干净。

(2)选择电机解体工作地点，清理现场环境。

(3)熟悉电机维修的结构特点和技术要求。

(4)准备拆卸所需的工具(包括专用工具)和设备。

(5)为了进一步了解电机运行中的缺陷，在条件允许的情况下，可在拆卸前进行检查试验。因此，将电机带负荷试转，并详细检查电机各部分的温度、声音和振动。