什么是无刷电机

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先直观感受一下无刷电机

    今天测试了三个电机，拆解了其中两个电机，分别是SUNNYSKY X2212、Cobra CP2814/950航模电机、IPower GM5208云台电机，如下图所示。


线圈连接方式
    CP2814:三角形连接
    GM5208:星形连接
    X2212未拆解，推测同CP2814一样，也是三角形连接
反向电动势测量
    测试方法：电机不接电调，三相线分别接示波器三个探头正极，三相线上分别接一个小电阻，然后将三个电阻另一端短接送入探头负极，如下图所示。


结论
    SUNNYSKY X2212反向电压波形


    GM5208反向电压波形


    其中GM5208云台电机直接用手转动转子即可观察到正弦波形，SUNNYSKY X2212航模电机手转动转子反向电压变化不明显，考虑到反向电压与转速成正比，后使用另外一台电机带动SUNNYSKY X2212的转子转动，出现理想波形。
附：CP2814的线圈匝数较少，线圈由4根0.4mm直径漆包线缠绕而成，电机定子共有12个线圈，4个一组为一相，相电阻0.025Ω。
       GM5208的线圈匝数很多，线圈由1根约0.2mm直径漆包线绕制而成，电机定子共有12个线圈，4个一组为一相，相电阻10Ω。
无刷电机的定义

    无刷电机是一个比较宽泛的定义，从字面上理解就是没有“碳刷”的电机，区别于有刷电机。有刷电机使用机械式的碳刷进行电源换相，碳刷与铜片的摩擦经常会出现火花，可能会带来危险，而且碳刷会磨损，寿命有限。无刷电机使用电子换向器换相，安全且无磨损，另外无刷电机的调速特性比较好。


    我个人常见的无刷电机都是低电压直流的，6V ,12V,24V,36V的，并没有220V交流的，所以这里也就不讨论220的电机。
    我常用的无刷电机包括上边提到拆解的航模电机，云台电机，还有轮毂电机等。这几种电机准确的说都是BLDC无刷直流电机，用于机器狗，机械臂，AGV，无人机等场合。他们的转子都是永磁体，定子是线圈。


BLDC与PMSM区别

    说BLDC那就不得不说一下PMSM，PMSM是指永磁同步电机，其实这两者本质上都是相同的，主要是绕组的缠绕方式不同，其反电动势不同。

无刷直流电机的电机本体：定子绕组为集中绕组，永磁转子形成方波磁场；
永磁同步电机的电机本体：定子绕组为分布绕组，永磁转子形成正弦磁场；
集中式绕组每极一般只有一个线圈，分布式绕组每个磁极一般有一个或几个线圈按一定规律排列成线圈组。
反电势波形BLDC ：近似梯形波（理想状态）；
反电势波形PMSM ：正弦波（理想状态 ）；

    电机的驱动波形与反电动势的波形基本相同，BLDC电机一般使用方波驱动，这种方法简单，成本低，另外还可以使用反电动势检测电机转子位置，无需编码器，这样使用结构也比较简单。
    PMSM使用三相正弦交流电驱动电机，FOC磁场定向控制技术就是这样控制的，驱动效果平滑，转矩大，可以低速大扭矩工作，但控制方式较复杂，成本略高。另外BLDC电机同样可以使用FOC控制。

    电机在制造过程中的误差影响，是很难获得具有理想的梯形波反电动势的BLDC。尤其许多中小功率无刷直流电机的反电动势波形平顶宽度小于120°，甚至在60°-100°之间，这就导致反电动势波形其实更接近于正弦。

    从上边两张示波器图片可以看到，GM5208的反电动势波形和梯形较像，而SUNNYSKY 的反电动势波形其实更像正弦波。但他们BLDC电机，而不是PMSM电机，我这里没有PMSM电机，就不测量其反向电动势了，借用一张理想波形图，如下所示。