无人机关键零部件——电机
当我们用手搓动竹蜻蜓后，旋转的速度就会产生升力，让竹蜻蜓起飞。同理，多旋翼无人机也是通过螺旋桨的旋转来产生升力起飞的，其中手搓施予竹蜻蜓的动力，在无人机上由电机来完成，电机带动旋翼转动产生压力差，从而带动无人机升空飞行。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/IPrLJEbwwoh08rXgtyiax5Y2LJQgic2XEbn6gTRvCjKTquJErOvib04JrCL2J5TRIYyialxOhMCv7RRdRO2aZaao3Q/640?wx_fmt=png&from=appmsg
以四旋翼飞行器为例，多旋翼无人机飞行原理如下图所示，电机1和电机3逆时针旋转的同时，电机2和电机4顺时针旋转，飞行器平衡飞行时，陀螺效应和空气动力扭矩效应均会被抵消。通过调节不同电机的转速可以实现4个方向上的运动，分别为：垂直、俯仰、横滚和偏航。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/IPrLJEbwwoh08rXgtyiax5Y2LJQgic2XEbqlVec4ab38yf877Iq4zyqqv8jBteQnWhfictWcqTH56HtClkbsvTiaIg/640?wx_fmt=png&from=appmsg
所以电机是无人机的核心组件之一。电机又称为马达，能将电能转化为机械能，带动无人机完成起飞、悬停、降落和移动等动作。电机的功率和效率直接影响到无人机的性能和飞行时间。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/IPrLJEbwwoh08rXgtyiax5Y2LJQgic2XEbrtN1HABOvq8icPr2ALuSXfGEXFeVIuXBtH9bysP46Ebe27N0Ts1ic5nw/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg
无人机电机分类
电机分为直流（DC）电机和交流（AC）电机两种，其中直流电机分为有刷直流电机和无刷直流电机（Brushless Direct Current Motor，BLDC）。无人机上常用的是直流电机。
图 有刷直流电机（左一和左二）&无刷直流电机（右一）
有刷直流电机主要由固定不动的磁极定子、可转动的线圈转子、换向器和一对电刷（电刷主要材质为石墨，因此也被称为碳刷）组成。
图 有刷直流电机内部结构
有刷直流电机采用机械换向，磁极定子和电刷不动，线圈转子和换向器旋转，电刷和换向器产生摩擦，使线圈按照一定的频率实现电流的换向，从而实现转子的连续旋转。有刷电动机优点在于开发简单、低成本，但效率较低、寿命较短，主要用于小型无人机。
无刷直流电机主要由用磁极转子、多级线圈绕组定子和霍尔效应位置传感器（非必须）组成。工作原理基于电磁感应和磁场相互作用，定子包括多个线圈，通常由绝缘导线绕制而成，并固定在电机的外壳上。转子由永久磁铁组成，通常排列成一种特定的形式。电子调速控制器（ESC）控制定子线圈中的电流，产生磁场，并使转子开始旋转。其优点包括高效率、高功率密度、低噪音和长寿命。
图 无刷直流电机内部结构
电机的型号一般以尺寸为依据。比如，有刷370电机，是指它不包括轴的长度是37mm；无刷外电子2208电机是指它定子线圈的直径是22mm，不包括轴电子线圈的长度是8mm。
无人机上应用的其他类型电机
1、空心杯电机：空心杯电机是一种特殊的直流电机，采用无铁芯转子，具有高能量转化效率、快速响应速度、拖动特性和高能量密度等特点。空心杯电机能量转化效率一般超过70%（传统电机的转化效率通常在70%以下），部分产品能够达到90%以上，常用于航模无人机。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_jpg/IPrLJEbwwoh08rXgtyiax5Y2LJQgic2XEbzxjmicBSUbPHwjNzcqv2EicVwO5U9MHzkKFAkbzQ8ocjOyJyf2MLmzicg/640?wx_fmt=jpeg&from=appmsg
2、伺服电机：伺服电机是一种将直流电机、驱动器、编码器结合在一起的伺服系统，具有高集成度、高精度控制、快速响应和高效运行等优点。常用于系留无人机或无人机的云台控制系统。用于云台系统时能提供精准的控制，使无人机拍摄的画面更加稳定平滑。
https://mmbiz.qpic.cn/mmbiz_png/IPrLJEbwwoh08rXgtyiax5Y2LJQgic2XEbkpLjicQ3JFbjiaPK2QCkDZxS5oLxlQvXJTtw8sA08euErWn227AKJRxg/640?wx_fmt=png&from=appmsg
电机的关键技术指标
与无人机动力特性最相关的指标是转速、电流和功率。
转速一般用KV来表示，所KV是指每伏特(V)能达到的空载每分钟转速。比如，使用KV1000的电机，11. 1V电池，电机转速应该是1000×11. 1=11100，即每分钟11100转。KV值越高，电机转速越高，但提供的扭矩会相应降低。
电流和功率决定了电机的输出能力和负载能力。选型时需根据无人机的重量和飞行需求进行匹配。电流（A）过大会导致电机过热，电流过小则会导致无法提供足够的推力。功率（W）越大，电机的推力也就越大。
总结：电机适合为低空、低速、小型无人机提供动力，具有结构简单、重量轻、使用方便，减少无人机的噪声和红外特征等，同时又能提供与内燃机不相上下的比功率，适用于物流、植保、监测等领域。
推荐阅读：
清华团队，国内首型混动倾转eVTOL完成第一阶段试飞
2024-08-09
联合飞机产业基地发布两款新型无人机，斩获4100架工业无人机订单
2024-08-09
先进复合材料在无人机结构件上的应用
2024-08-08
览翌航空中型电动垂起无人机LEU100型号合格证申请获得民航华东局受理
2024-08-08
无人机产业链逐渐完善，包括无人机研发、生产、销售、培训、维修等领域。上游环节主要包括无人机主机、发动机、传感器等关键部件的研发和生产；中游环节是无人机整机制造；下游环节为无人机应用服务，包括航拍、测绘、巡检、农业植保等。欢迎产业链上下游企业加入无人机产业链讨论群，共同交流学习。
阅读原文加入通讯录！
页:
[1]