解读无人机第三篇之无人机的动力核心--电机

zxgcz888

导言：无人机能够在空中飞行，全靠螺旋桨或者涡扇来牵引带动，驱动它们旋转的动力都是来自发动机或电动机，发动机是汽车的心脏，也称的上市飞机的心脏，既然同时动力源，也可以说电机也是一颗小心脏，但是这颗心脏是不是有电就能驱动螺旋桨呢？

大家好，我是羽飞，本期为大家带来的解说是无人机的动力核心，电机。都知道，飞机能够飞起来，；离不开螺旋桨推，螺旋桨要想产生推力必须依靠发动机带动，但是在无人机中发动机分为两种，那就是电动机和机械发动机。电动机主要优势就是扭矩大，反应速度快，随着近两年电子调速器的不断创新发展，可控性也很高。

先从最简单的说起，电机，大家都见过，大大小小，各种形状的各种名称，最常见的就是小孩玩具车或者风扇上常用的那种电机。按照碳刷分类，电机又分为有刷电机和无刷电机；按照电源类型分类又分为直流电机和交流电机；按照频率分类又分为同步电机和异步电机，按照供电分类又可以分为单项电机和三项（多项电机），或者应用上来说可以划分为伺服电机、步进电机等。总之说了这么多，这些电机之间有着什么样的共同之处以及什么样的不同呢？下面我来为你解答。


    电动机，简称电机，是将电能转化为机械能的一种转换器，由定子、转子；铁心、磁钢（有些是励磁）主要部分组成。


定子就是固定不转动的部分，转动的部分叫做转子。铁心就是缠绕线圈的部分，磁钢就是磁铁；磁块。转子部分可以是缠绕线圈的铁心，例如有刷电机；也可以是磁钢部分，例如无刷电机。但是也不一定无刷电机转动的就是磁钢，例如现在的励磁发电机，转子和定子都是缠绕有铜线的铁心。磁铁同极相互排斥，电动机的工作原理与这个类似，就是利用电产生相同的电极，相同的电极相互排斥，就产生了电机旋转。



因为我们主讲的无人机方面的电机，我们就以无人机方面所用到的电机为主。无人机最早是航模时代发展过来的，至于无人机与航模是什么关系，我们以后的解读会慢慢讲解，刚刚说道，航模是无人机的前身，那航模最早是用的什么电机呢？航模最早采用的是有刷电机，有刷电机的构造与无刷电机相差很多，有刷电机内置机械换向器，转子的是中间的铁心，在铁心后端有3个以上的铜片，这个铜片就是通过外部紧紧夹在上边的碳刷为线圈供电的。随着电机的转动，夹在两边的碳刷是固定不动的，也就在电机转动的过程中起到了换向的作用，这也可以叫做换向器，换向器随着电机的转动不断的变换着方向，而转子外边呢就是由两快磁钢仅仅贴在电机外壳上，它们中间间隙不足1mm，一般都在0.2mm左右。



刚刚讲到碳刷，那这把刷到底是个什么样的一把刷子呢？别急，我来给你解答，有刷电机上刷并不是刷子的刷，它类似刷子，我们管这把刷子叫做碳刷，其实就是两个电极，专业的讲可能你们听不太懂，通俗的讲，以牙刷为例后边手柄部分呢，就是一个弹簧片，前边刷头部分呢就是一块碳刷，这个碳刷的材质就是一号或者五号那些干电池中间的那个黑棒，这种材质导电性好，最重要的耐高温、耐磨，它的工作原理的就是弹簧片固定在底座上，一般都是不导电的塑料材质，碳刷部分呢则为了给转动的转子供电，就一直在转子后边的铜板上压着，仅仅的贴在转子的铜板表面。这就是碳刷。


    刚刚讲到的这种有刷电机呢不仅体积大，笨重，而且功率小，扭矩小，最重要的是寿命短，随着长时间的工作或电压过高负载过大，碳刷会在很短时间内磨损很严重，这就是这种电机最大的弱点。另外，桨稍大点就会烧电机，后来为了加大这种电机的功率，就是我们上期讲到的有刷电调，电调输出具有一定的开关频率，频率越高，能量密度越大，致使这种电机功率也加大了些，但是还是由于笨重逐渐被新兴的无刷电机所淘汰。


现在新生的无刷电机与有刷电机有着很多相似之处，例如都有转子和定子，都有磁钢和铁心，但是这种无刷电机与工业用的三项电机更相似，与有刷电机的差别就是这种电机不想有刷电机一样内置换向器，不能够独立工作，必须有换向器的配合，也就是无刷电调才可以工作，而且这种电机使用的是交流电，并且是三项交流电。

      无刷电机目前分类有两种，一种是内转子电机，这种电机磁极数较少，转速一般很高，应用于车模，船模居多；另外一种不言而喻就是外转子电机了，这种电机散热性好，磁极数多，扭矩同比内转子大，转速低，大部分应用于航模、无人机的较多。整体来说无刷电机构造简单，大部分转动的部分都是磁钢，铁心缠绕线圈的部分是不转动的部分，工作原理与有刷电机类似，通过外部换向器产生一个变换的磁场，推动转子上的磁铁转动，但是说了这么多，这种电机有什么样的优势呢？

    首先这种电机由于没有了碳刷的存在，寿命大大提升，由于有刷电机有碳刷的存在，无刷电机转速同比有刷电机转速要高出很多。在最早无刷电机刚刚流向市场的时候，由于做工问题以及螺旋桨是低速桨，经常发生电机在高速运转中爆壳现象与爆桨现象，爆壳就是在电机转速过高，由于离心力过大所致电机外壳爆裂，导致磁快迅速飞出，爆桨也一样，就是在达到一定的转速后，由于离心力或其他力向导致螺旋桨从电机飞出甩向四周，虽然转速高了，但是这种情况很是危险。其次无刷电机因为是外部电子换向器，换向频率8KHZ，频率非常高，也致使电机功率加大了很多，同比无刷电机重量也轻了很多，调节电机转向也只需要将电机中的任意两根颠倒一下顺序即可完成电机换转向工作。

科技是把双刃剑，有利也有弊。在无刷电机流向市场的同时，新的问题也来临了，这种电机成本非常高，不能独立工作，必须有换向器，也就是电调的配合，电调使用的是PWM信号，所以还必须有一个PWM信号发生器的配合。   

      目前无刷电机的型号有2212、2820、5010，KV390、KV2600等说法，这些数字又是什么含义呢，代表的又是那些方面呢?事实上刚刚讲到型号两个字，那这些必定就是无刷电机的型号了，我们都知道，无刷电机有定子，也就是铁心，如2212为例，大部分厂家2212中的前两位代表的是定子，也就是铁心的直径，单位毫米，后两位代表的铁心的厚度，也就是高。如2212电机，铁心直径22毫米，厚（高）12毫米，5010电机铁心直径50毫米，厚（高）10毫米。但是也有一些厂家不按照此方法标注电机型号，按照的电机外壳尺寸标注的。一般厚度小于直径的电机叫做盘式电机，因为厚度小，直径达，像是一个盘子，所以称为盘式电机，这种电机最大优势就是省电，其次由于直径过大，磁极数多，转速也低。这组数据我们是弄懂了，下面我们来讲解什么是KV390。KV是代表的电机的KV值，不是千伏，KV值是电机在1伏特电压的情况下转速，例如我们的电机KV2000，电压10V，那么电机转速就是2000X10=20000转，也就是2万转一分钟。这只是空载的参考值，与实际多少都会有误差。

     另外电机还有磁极数一关键要素，就是磁极数量，磁极数量越多，转速越低，扭矩越大，磁极数量越少转速越高，例如2极电机与4极电机在同等电压同等功率情况下，转速2极电机比4极电机快一倍，但是扭矩方面4极电机却比2极电机大一倍。扭矩就是力矩，也就是我们所谓的力的大小。所以磁极数多，KV值低的电机适合用大桨，KV值越高，桨越小。

现在随着农业植保无人机的市场日益火爆，有些厂家也推出了U系列电机，这种电机散热孔都在侧面，正面正上方是一个整面，克有效的防治药业沙石等杂质溅入到电机内部轴承部位，损害电机导致电机在飞行中卡死。

    还有就是现在的无刷电机基本都防水，第一，电压低，水电阻大，不至于短路；第二，没有碳刷的存在，更不会漏电；第三现在的线圈都是漆包线，都有一层漆膜绝缘，所以在水中工作时没有任何问题的，只是轴承、轴、外壳等部件生锈问题，所以短时间内在水中是没有任何问题的。但是在农业方面使用，最好还是要注意好药业漂移问题，因为农业是化工物品，飞入到电机内部，容易腐蚀电机线圈的漆膜导致短路，以及腐蚀电机轴、轴承等部件，导致电机卡死或其他异常情况。

好了，关于电机呢就讲到这里，解读无人机，就在这里。

我是羽飞，想知道更多无人机方面的信息吗，请点击下方二维码或点击上方微信羽飞科技关注我们。关注我们后点击查看历史消息，解读无人机，无人机大揭秘。

想了解更多资讯，关注我们平台吧。业务合作微信后台可以给我们留言。

想加入我们团队吗？想来你就来！