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标题: (原创）让你真正了解手里的无刷电机----无刷电机基础知识 [打印本页]
作者: 布拉格之春    时间: 2014-8-30 09:44
标题: (原创）让你真正了解手里的无刷电机----无刷电机基础知识
本帖最后由 布拉格之春 于 2016-9-2 10:20 编辑

以下文字为作者参考书籍资料并作自我理解一字一字码出来，而非简单的复制粘贴。如有不同意见和看法，欢迎沟通！
一、 无刷直流电机基本概念
无刷直流电机是随着半导体电子技术发展而出现的新型机电一体化电机，它是现代电子技术（包括电子电力、微电子技术）、控制理论和电机技术相结合的产物。
和普通的有刷直流电机利用电枢绕组旋转换向不同，无刷电机是利用电子换向并磁钢旋转的电机。普通的直流电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在很大的缺点，主要包括1、机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短。2、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护。3、由于换向器存在，限制了转子惯量的进一步下降，影响了动态性能。
而无刷直流电机的命名就说明了电机的特性：在电机性能上和直流电机性能相近，同时电机没有碳刷。无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的的。
无刷电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。目前，绝大多数无刷电机采用方波驱动，目前市场上的模型电机全部是方波驱动。
二、 无刷电机的技术优势及劣势
无刷电机的技术优势：
1、 良好的可控性、宽调速范围。
2、较高的可靠性、工作寿命长、无需经常维护。
3、功率因数高、工作效率高、功率密度大。
  同样的，无刷直流电机也存在一定的技术劣势
1、 需要电子控制器才能工作，增加了技术复杂性和成本、降低了可靠性。
2、转子永磁材料限制了电机使用环境，不适用于高温环境。
3、有明显的转矩波动，限制了电机在高性能伺服系统、低速度纹波系统的应用。
三、无刷电机基本参数
命名：外转子电机的命名原则，各个厂家有所不同，有以电机定子的直径高度来命名，也有以电机的直径高度来命名，我司的电机都是以电机定子的直径与高度来命名。例如2212电机，指的是该电机定子直径22MM，高度12MM。
定子直径：硅钢片定子的直径
定子高度（厚度）：硅钢片定子的高度
铁芯极数（槽数）：定子硅钢片的槽数量
磁钢极数（极数）：转子上磁钢的数量
匝数（T）：电机定子槽上面所绕漆包线的圈数，注意，常规匝数指的是相邻2个槽所绕线圈数量的和，即一个槽绕8圈，另外一个也是8圈，就是16T。
KV值：电机的运转速度，越大电机转速越大。电机转速=KV值*工作电压。
空载电流：指定电压下，电机无任何负载的工作电流
相电阻：电机连接完毕后，2个接点之间的电阻值
最大持续电流：该电机运转的最大安全电流
最大持续功率：该电机运转的最大安全功率   功率=电压*电流
电机重量：电机的重量
轴径：转轴的直径
四、无刷直流电机的几个重要参数解析
1、额定电压
无刷电机适合的工作电压，其实无刷电机适合的工作电压非常广，额定电压是指定了负载条件而得出的情况。例如说，2212-850KV电机指定了1045螺旋桨的负载，其额定工作电压就是11V。如果减小负载，例如带7040螺旋桨，那这个电机完全可以工作在22V电压下。但是这个工作电压也不是无限上升的，主要受制于电子控制器支持的最高频率。所以说，额定工作是由工作环境决定的。
2、KV值
有刷直流电机是根据额定工作电压来标注额定转速的，无刷电机引入了KV值的概念，而让用户可以直观的知道无刷电机在具体的工作电压下的具体转速。实际转速=KV值*工作电压，这就是KV的实际意义，就是在1V工作电压下每分钟的转速。无刷直流电机的转速与电压呈正比关系，电机的转速会随着电压上升而线性上升。例如，2212-850KV电机在10V电压下的转速就是：850*10=8500RPM  （RPM，每分钟转速）。
  KV值与匝数是呈反比例关系的，例如2212-850KV，匝数是30T（15圈），那在28T的情况下的KV值是：850KV*30T/28T=910KV。
3、转矩与转速
转矩：（力矩、扭矩）电机中转子产生的可以用来带动机械负载的驱动力矩，我们可以理解电机的力量。
转速：电机每分钟的转速。
电机的转矩和转速在同一个电机内永远是一个此消彼长的关系，基本可以认为转矩和转速的乘积是一个定数，即同一个电机的转速越高，必定其转矩越低，相反也依然。不可能要求个电机的转速也更高，转矩也更高，这个规律通用于所有电机。例如：2212-850KV电机，在11V的情况下可以带动1045桨，如果将电压上升一倍，其转速也提高一倍，如果此时负载仍然是1045桨，那该电机将很快因为电流和温度的急剧上升而烧毁。
4、最大电流和最大功率
最大电流：电机能够承受并安全工作的最大电流
最大功率：电机能够承受并安全工作的最大功率    功率=电压*电流
每个电机都有自己的力量上限，最大功率就是这个上限，如果工作情况超过了这个最大功率，就会导致电机高温烧毁。当然，这个最大功率也是指定了工作电压情况下得出的，如果是在更高的工作电压下，合理的最大功率也将提高。这是因为：Q=I²，导体的发热与电流的平方是正比关系，在更高的电压下，如果是同样的功率，电流将下降导致发热减少，使得最大功率增加。
这也解释了为什么在专业的航拍飞行器上，大量使用22.2V甚至30V电池来驱动多轴飞行器，高压下的无刷电机，电流小、发热小、效率更高。
5、槽极结构  （N：槽数，P：极数）
模型常见的内转子无刷电机结构有：3N2P（有感电机常用）、12N4P（大部分内转子电机）
模型常见的外转子无刷电机结构有：9N6P、9N12P、12N8P、12N10P、12N14P、18N16P、24N20P。
模型用内转子无刷电机极数不高的原因：目前内转子电机多用于减速使用，所以要求的转速都比较高。电子转速=实际转速*电机极对数，电子控制器支持的最高电子转速往往都是一个定数，所以如果电机极对数太高的话，支持的最高电机转速就会下降，所以目前的内转子电机极数都是4以内。
关于12N4P内转子电机：属于整数槽电机，大量使用于模型内转子电机，电机使用单层绕组分布绕线。
模型用外转子电机都是分数槽电机，其结构特点和性能如下：
1、N必须是3的倍数，P必须是偶数（磁钢必须是成对的，所以必须是偶数）。
2、P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然。
3、N比P大，则相对转速更高。9N6P最高转速肯定高于9N12P，反之亦然。
5、同样的N，P越大扭力越强。扭力，12N16P大于12N14P大于12N10P。
6、N和P之间不能整除，比如12N6P。
外转子槽极结构与应用领域：9N6P减速使用于400-500级别的直升机模型以及小型涵道、9N12P直驱使用于小型固定翼或者其他模型、12N8P减速使用于500-700直升机模型或者直驱使用于中大型涵道、12N10P减速使用于600-800直升机模型、12N14P直驱使用于大部分固定翼和船模，高于12槽结构的无刷电机多见于多轴飞行器。
五、有感电机与无感电机
有感电机的优势：运转精度高、启动平稳
有感电机的劣势：1、在高温、振动等条件下由于传感器的存在使系统的可靠性降低。
2、 传感器连接线多不便安装、易引起电磁干扰。
3、 传感器的安装精度直接影响电机运行性能，特别是在多极电机安装精度难以保证。
4、 占用空间，限制电机小型化。
无感电机的优点：结构简单、成本较低、安装方便
无感电机的缺点：转子位置检测精度降低，运转精度降低，启动不如有感电机平稳。
什么是有感电机：传统的无刷电机都安装有霍尔传感器，利用霍尔传感器检测转子位置实现转向。
什么是无感电机：去除霍尔传感器，利用电子控制器检测电机的反电动势变化从而确定转子位置实现转向。
六、外转子无刷与内转子无刷
外转子无刷电机的优点：转动惯量大、转动平稳、转矩大、磁铁好固定。
外转子无刷电机的缺点：定子热量无法排出、内部工作环境部封闭，外部杂物可能进入电机内部影响运转。
内转子无刷电机的优点：绕组与外壳直接接触，热量可直接排出，电机内部与外部隔绝，避免外部杂物进入内部。
内转子无刷电机的缺点：扭矩不如外转子无刷电机、磁铁固定较为复杂。
七、常见电机类型
电机的概念：电机是指利用电磁感应定律进行电能转换的一种电磁装置。
电机包括：电动机、发电机、变压器
按工作电源可分为：直流电动机、交流电动机、交直流电动机
直流电机主要包括包括：永磁直流电机、永磁无刷电机
直流电机安装励磁方式主要包括：他励、串励、复励、并励。
交流电机主要包括：单相异步电机、三相异步电机。



作者: weiyujie    时间: 2014-8-30 10:10
沙发，学习了，此贴必火
作者: 普洱司令    时间: 2014-8-30 10:57
学习了，好贴子
作者: 0下雨的天0    时间: 2014-8-30 11:00
沙发，新人留名，挣点分
作者: 魔菇力    时间: 2014-8-30 11:12
不看光顶
作者: 稳健    时间: 2014-8-30 11:15
感谢楼主分享
作者: 匡匡匡匡匡    时间: 2014-8-30 11:16
学习了！！！！太牛了从未了解无刷这么多

作者: 也想飞好    时间: 2014-8-30 11:16
看了再顶。好贴！
作者: 匡匡匡匡匡    时间: 2014-8-30 11:18
学习了！！从未了解无刷这么多！
作者: old_ox    时间: 2014-8-30 11:23
收藏了，值得留 着慢慢 看。
作者: fengyushu5    时间: 2014-8-30 11:36
感谢楼主分享
作者: 年轻的夜    时间: 2014-8-30 11:46
信息量好大。。。
作者: zyonline    时间: 2014-8-30 11:52
学习了，很实用
作者: zizaideyu5    时间: 2014-8-30 12:06
顶贴学习知识
作者: 1154916609    时间: 2014-8-30 12:12
P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然    看着有点矛盾   
作者: princelei    时间: 2014-8-30 12:28
提示: 作者被禁止或删除 内容自动屏蔽
作者: myk0000    时间: 2014-8-30 13:10
好贴支持！
有一点LZ貌似写错了吧：“例如2212电机，指的是该电机定子直径22MM，高度8MM。”  高度不应该是12吗
作者: 布拉格之春    时间: 2014-8-30 13:31
1154916609 发表于 2014-8-30 12:12
P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然    看着有点矛盾

谢谢指正，是“肯定高于”，已改正。

作者: 布拉格之春    时间: 2014-8-30 13:32
myk0000 发表于 2014-8-30 13:10
好贴支持！
有一点LZ貌似写错了吧：“例如2212电机，指的是该电机定子直径22MM，高度8MM。”  高度不应该 ...

谢谢，已经改正。
作者: wienne    时间: 2014-8-30 13:54
学习学习
作者: 铁翼雄心    时间: 2014-8-30 13:58

顶贴学习知识
作者: 阳江Tim记    时间: 2014-8-31 17:21
感谢楼主
作者: 星之友    时间: 2014-9-2 00:49
收藏学习了
作者: boxer5    时间: 2014-9-2 01:10
看完了，需要学习的东西很多呀。楼主要是能搭配图讲解一下就更好了，便于新手理解。我现在已经在拆电机研究了
作者: 驭风者012    时间: 2014-9-2 23:05
学习学习
作者: zdfjk    时间: 2014-9-3 09:25
学习了，顶
作者: haibiandefeng    时间: 2014-9-5 22:51
好贴
作者: sctony    时间: 2014-9-6 15:38
好帖！已收藏！
作者: xiaoyu118    时间: 2014-9-6 22:50
顶起来！
作者: houlu530    时间: 2014-9-7 22:47
好贴，学习了
作者: plaaboy    时间: 2014-9-8 03:02
好贴支持！
作者: 8742    时间: 2014-9-8 11:41
感谢分享。谢谢。
作者: sbach-342    时间: 2014-9-8 13:28
还应该讲讲所谓的盘式电机，期待
作者: huangzhesw    时间: 2014-9-8 22:38
顶技术贴.希望补充下电调PWM频率,以及电机极数的影响
作者: hongbo    时间: 2014-9-9 00:52
好好收藏
作者: LZT飞    时间: 2014-9-9 09:31
不错，此帖太好了
作者: panzerelite    时间: 2014-9-9 13:55
先顶后看
作者: wojiaokunge    时间: 2014-9-9 14:29
楼主真是不容易，此帖必火
作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-9 15:12
感谢各位，我在模型中国发的同样帖子，竟然被质疑是百度复制的，内容都是书里或者大家公认的内容，我只是做了个总结，但内容的确是自己一字一字码出来。
感谢你们，让我有继续发帖的动力！
作者: 南方的北极熊    时间: 2014-9-9 16:13
头看得比较晕，但是看完了

作者: 爽飞超人    时间: 2014-9-9 21:42
学习了，好帖
作者: 抱壶者    时间: 2014-9-10 07:54
感谢提供！
作者: 方恨少    时间: 2014-9-10 10:09
技术贴必须顶起来，好好看，好好学习。

作者: utroljg    时间: 2014-9-10 10:16
技术贴啊
作者: g1414340024    时间: 2014-9-10 11:27
学习了，这种理论知识应该多多普及才对，要是楼主在从专业角度谈谈根据载机怎么选购电机那就更好了。
作者: payne_pan    时间: 2014-9-10 11:34
本帖最后由 payne_pan 于 2014-9-10 11:42 编辑

请教：

2217KV1000, 2212KV1000, 2208KV1000
都是KV1000, 都用 9-10寸桨
都知道定子尺寸不同，推力不同


但是只考虑桨，如果同一规格，转速相同，产生的推力是相同。
但我们也知道用2208推1000克 推不动（2217才行； 意思就是 2208 的哪怕是标了KV1000,  实际转速也也达不到。
也就是说KV是空转的指标了？






作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-10 14:10
g1414340024 发表于 2014-9-10 11:27
学习了，这种理论知识应该多多普及才对，要是楼主在从专业角度谈谈根据载机怎么选购电机那就更好了。{:1_73 ...

好的，后续会根据大家的意见在另写一篇。

作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-10 14:20
payne_pan 发表于 2014-9-10 11:34
请教：

2217KV1000, 2212KV1000, 2208KV1000

A男50KG，最快可以跑20码，B男60KG，最快可以跑20码，C男70G，最快可以跑20码。
但这些都是什么东西都不被的情况下，也就是电机的空载。
都被20KG的情况下，A男最快只能跑10码，B男可以跑12码，C男可以跑15码。
C男做的功最大，也就是电机的输出功率更大。
都被35KG的情况下，A男跑100米就累死了，B男跑1000米就跑不动了，C男跑了3000米。
A男累死了，就是电机的负载过重烧机，B男跑不动了就是负载过大，C男勉强凑合。

人越壮，力气越大，负载能力越强。A男说他能跑20码，他没吹牛B，因为他是说自己什么都不被
或者被个10KG的情况下。

你的问题，是否可以理解了？

作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-10 14:24
payne_pan 发表于 2014-9-10 11:34
请教：

2217KV1000, 2212KV1000, 2208KV1000

专业术语回答一次。
1000KV是空载转速，无刷电机在负载时会随着负载的加大而实际负载降低。
同样的2208,2212,2217，在同一个桨的情况下，负载转速是不同的，电机越大
扭力越强，在受到同样的负载条件下转速下降的越少。
打比如说2217 1000KV带1047桨，实际转速能有空载转速85%，2208-1000KV
带1047恐怕连空载转速的75%都没有，这就是大电机和小电机的差别。

作者: a_bc306    时间: 2014-9-10 16:15
火速收藏，普及知识！！！！！！！！！！！！
作者: 苏修    时间: 2014-9-10 17:15
获益匪浅！！！看了此文才知道无刷电机原来还是直流电的`~~，以前一直以为航模电机已经是交流电驱动了，主要马达有三根出线..
作者: 苏修    时间: 2014-9-10 17:17
收获不小，看了此文才知道现在航模用的无刷电机依然是直流电驱动，以前一直以为是交流电驱动，主要看马达有三根出线...
作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-10 17:25
苏修 发表于 2014-9-10 17:17
收获不小，看了此文才知道现在航模用的无刷电机依然是直流电驱动，以前一直以为是交流电驱动，主要看马达有 ...

无刷电机的工作电流的确是交流电，但是无刷电机确确实实是直流电机。

我们常见的有刷直流电机，虽然我们输入的直流，但是因为换向器的存在，绕组也就是转子内工作的电流也是交流换向的。

无刷电机不过是把有刷直流电机的换向器去掉，进行电子换向，特性和有刷直流电机还是比较类似的。

作者: sdxgy    时间: 2014-9-10 19:49
继续学习
作者: dzghh    时间: 2014-9-10 20:36
瓦，学习了
作者: 片片红叶转    时间: 2014-9-11 01:15
学习了，好贴必顶之
作者: zhulaosi    时间: 2014-9-11 01:33
顶顶顶，技术贴，必火！！
作者: kibe27    时间: 2014-9-11 10:28
学习了
作者: zhanggang    时间: 2014-9-11 10:32



很好的科普帖。顶楼主！


作者: gds135    时间: 2014-9-11 12:03
学习下。。还有，N和P是在相对于相同的N或者P下才能对比吧？
作者: fjw1022    时间: 2014-9-11 12:09
好贴赞
作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-11 16:51
gds135 发表于 2014-9-11 12:03
学习下。。还有，N和P是在相对于相同的N或者P下才能对比吧？

是的，讨论不同P数，肯定N数是一样的。
讨论N数，P肯定一样。否则不好比对了。

作者: 车轮履带    时间: 2014-9-11 19:09
认真拜读了两遍！好帖！火啦！
作者: 冯小哭    时间: 2014-9-11 21:25
LZ你是女的不？我想跟你学技术！~
作者: lxfgz    时间: 2014-9-12 01:19
好好学习，天天向上！！！
作者: g1414340024    时间: 2014-9-12 16:10
布拉格之春 发表于 2014-9-10 14:10
好的，后续会根据大家的意见在另写一篇。

辛苦了，期待你的新帖哈。。

作者: jameshoda    时间: 2014-9-12 20:18
电动自行车好多都是正玄波控制了
作者: 鹰击长空86    时间: 2014-9-13 11:32
好
作者: mj522475    时间: 2014-9-13 16:36
看的头晕了  收藏了 慢慢看
作者: 81066283    时间: 2014-9-13 23:29
学习了、
新手普及
作者: AIbluecapf    时间: 2014-9-13 23:30
学习顶一个
作者: 木匠    时间: 2014-9-14 08:52
学习
作者: szghm    时间: 2014-9-14 10:10
多谢楼主，受教了！
作者: 奮闘ing    时间: 2014-9-14 11:21
谢谢科普，学习了~
作者: kibe27    时间: 2014-9-14 22:57
学习了，楼主辛苦了
作者: 129502    时间: 2014-9-14 23:53
贴子不是一般的好啊，学习学习
作者: 129502    时间: 2014-9-14 23:54
帖子很好，学习学习
作者: xiaoleier    时间: 2014-9-15 02:28



  真是极好的函授 我等不具备这方面知识的人由你而步入认识，了解，实践   拿下收藏，以备随时取用 心生感激，由衷谢过！

作者: rtyhlxc    时间: 2014-9-15 15:30
神贴  有没有可以评测一下所有厂商电机的第三方贴  或者介绍所有厂商电机型号命名规则的
作者: 1847888786    时间: 2014-9-15 17:59
学习了
作者: 左耳朵的耗子    时间: 2014-9-15 20:25
新人学习了涨姿势了

作者: 天逸航空    时间: 2014-9-16 16:25
值得收藏

作者: saintxu    时间: 2014-9-17 08:05
很好的科普
作者: airmo    时间: 2014-9-17 08:53
好
作者: 株洲丶KK    时间: 2014-9-17 22:41
请问一般无刷电机的寿命是多久。？

作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-18 08:17
株洲丶KK 发表于 2014-9-17 22:41
请问一般无刷电机的寿命是多久。？

无刷电机在合理使用的前提下，寿命主要取决于轴承 。各厂家用的轴承不同，寿命也就不见得相同。
爱惜使用，一般都可以4-5年。

作者: mx牛模王    时间: 2014-9-18 10:22
学习了
这句话是否有误，------P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然。
作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-18 11:01
mx牛模王 发表于 2014-9-18 10:22
学习了
这句话是否有误，------P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然。
...

呵呵，说明你仔细看了啊，这个错误一开始就发现了，可是我修改了N多次都说什么非法字符。。。
应该是：12N10P的最高转速肯定高于12N16P

作者: 株洲丶KK    时间: 2014-9-18 11:04
布拉格之春 发表于 2014-9-18 08:17
无刷电机在合理使用的前提下，寿命主要取决于轴承 。各厂家用的轴承不同，寿命也就不见得相同。
爱惜使 ...

你所说的4-5年是说包括轴承吗

作者: wangfeifei66688    时间: 2014-9-18 11:07
挣点分

作者: chenpengkiss    时间: 2014-9-18 14:34
一直有个问题纠结，交流电的工作原理一直看不懂 数学没学好 啊    直升机上以及多轴上的电机有3根线，是不是电机的工作电流为交流电，那么电调有把电池供应的直流电转换为交流电，是这样的吗？ 一直想请教别人了~谁帮忙解答下  毕竟自己野路子 自学的都是 ~
作者: 我爱罗德    时间: 2014-9-18 15:35
此帖必火
作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-18 15:52
株洲丶KK 发表于 2014-9-18 11:04
你所说的4-5年是说包括轴承吗

合理使用不炸鸡，4-5年真不是问题。

作者: 布拉格之春    时间: 2014-9-18 17:36
chenpengkiss 发表于 2014-9-18 14:34
一直有个问题纠结，交流电的工作原理一直看不懂 数学没学好 啊    直升机上以及多轴上的电机有3根线，是不 ...

是的，无刷直流电机的工作电流的的确确是交流电，电机的名称是直流电机，可工作电流的的确确是交流电。
我们常见的有刷直流电机，工作电流电流是直流，可是绕组内部也是交流电，

作者: wjl    时间: 2014-9-18 22:33
学习。。
作者: 东春祺    时间: 2014-9-18 22:50
学习了，谢谢！
作者: 楚归羽    时间: 2014-9-19 10:27
学习学习新知识
作者: bg2rzc    时间: 2014-9-20 08:47
学习了。
作者: 末日战机    时间: 2014-9-20 10:20
好厉害的样子，顶
作者: chenpengkiss    时间: 2014-9-20 12:31
布拉格之春 发表于 2014-9-18 17:36
是的，无刷直流电机的工作电流的的确确是交流电，电机的名称是直流电机，可工作电流的的确确是交流电。
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多谢了，还有个问题，多轴上的电机如果用了高压电调，电流减小，电机和电调的温度都会降低，提高其安全性。 那高压电调有啥缺点那，除了价格。





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