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作者：布拉格之春 (技术交流请勿留联系方式版主留) 又是小半年过去，一直想写一篇关于无刷电机效率的帖子，可是总感觉题目太大很难下笔。刚好近期通过不断的飞行和不断的测试又慢慢地体味出一些感悟，深夜11点又能安静的开始码字，于是便有了此文。 很多的模友玩玩沉醉于飞行当中，可能很少去考虑电机的效率问题，毕竟电机的效率在高了不起是让你的飞行多飞一分钟，很多人没有追求这一分钟的动力和想法。可喜的是，当多轴飞行器越来越多的出来在我们身边，很多爱琢磨的玩家开始思考，开始追求飞行器能够多留空一点时间哪怕是一分钟。 本文讨论以下问题： 1、与无刷电机的效率有关的因素 2、怎样选择无刷电机以及具体的参数 3、无刷电机的寿命 4、无刷电机槽极结构 5、无刷电机材料的优与劣。
呵呵，就和我一起进入无刷电机的世界吧！
万恶的切割线 第一章 无刷电机的材料 无刷电机影响电机性能的材料由大到小主要包括磁铁、硅钢片、轴承. ------------------------------------- 钕铁硼磁铁 -------------------------------------
模型界的无刷电机几乎100%用的“磁王”----钕铁硼磁铁，用磁王来形容钕铁硼磁铁是当之无愧的，我查询了资料发现钕铁硼磁铁是我们生活中常见的黑乎乎的铁氧体磁铁磁性的3倍！当然了，价格更是铁氧体磁铁的更多倍。无刷电机终归属于永磁电机，而永磁电机的功率、特点等特性完全取决于磁铁。基本可以说吧，磁铁的体积与牌号决定了电机的最大功率。另外还有磁铁形状上的差异，我们拆开一些廉价的电机会有一个发现，那就是绝大部分的磁铁形状都是方片行。方片形的磁铁加工简单，价格相对便宜，自然成了追求成本电机的最佳选择。而很多品牌电机选择了弧形磁铁，弧形可以保证磁铁和硅钢片的气隙一直保持一致，似乎功率上和效率上都胜过了方形磁铁一筹。但是，我拆开一些电机也发现了被称之为面包型的磁铁，他们能够和铁壳完整的贴合在一起，和硅钢片的距离却是和方形磁铁是一样不是一致的。关于这种磁铁，我请教了一些干电机的朋友，他们确信这种磁铁比弧形磁铁效果还要更佳，在此我不做结论，但起码比方形磁铁好吧！
不过而有例外，一些高端电机采用多槽数多极数的电机，比如说40多块磁铁的，基本都是采用了方形磁铁，估计这主要是因为铁壳直径很大，方形磁铁也能很好的和铁壳粘合，并且和硅钢片的气隙也很均匀吧。 ----------------------------------- 硅钢片 ----------------------------------- 其实初中读电磁学的时候，我经常想的问题是，电机为什么需要硅钢片呢？不是说通电的导体在磁场中就能产生作用吗？那为什么还需要硅钢片呢。后来我想了很久很久终于得出一个结论，那就是搞设计的人不会比你傻！ 空气是不怎么导磁的，但铁是导磁的，硅钢片的作用就是把磁铁的磁路引导过来并形成回路，这就需要电机磁阻（大家把它等同理解为电阻即可）比较小。但是大家都看见了，为什么定子上面怎么都是一片一片构成的呢？ 大家知道电磁炉的原理吗？为什么铁锅放上电磁炉上面就会发热？其实这就是因为-----类似于铁的材料放在快速变化的电磁场中（大家想想交流电吧，那个电是瞬间飞来飞去，不像直流电永远是正极到负极）会产生涡流损耗而发热，并且频率越高发热量越大。硅钢片处在电机的旋转磁场当中，就是和那放在电磁炉上的铁锅一样遇到了同样的问题，解决的办法就是往钢里添加硅并且做成薄片，理论上越薄的硅钢片产生的涡流损耗就越小。 所以大家是不是明白了普通的固定翼电机大都是比较厚的0.35MM硅钢片，而直升机和涵道机电机大都是用0.2MM硅钢片的原因呢？（电机转速越快，磁场变化越快，那涡流损耗就越大） 所以，现在大多数的多轴电机都使用了0.2MM单片的硅钢片，这样做成的电机空载电流会小一些。 最后和大家说个比较泄气的事情，目前国内大都是拿的小日本的硅钢片，并且这个硅钢片比国产的要好（包括大家平常能够知道的上海宝钢）。。。。。。。。。。。。 相关小知识：为什么高KV电机在全油门空转的情况下下会发热很厉害呢？ 答案是：产生热量的不是铜线，因为此时通过的电流很小。产生热量的正是涡流损耗和磁滞损耗，因为此时电机完全空载，转速比较高，涡流损耗大，而所有的损耗最后都变成了热量。
------------------------------------------ 轴承 ------------------------------------------ 说到轴承，有点不太专业，研究的不是很多，但还是说说自己的看法吧。有一句话说的好，无刷电机的寿命基本等同于所用轴承的寿命，当然这么说首先得有个前提，前提就是电机不会因为过载过流而烧掉。对轴承的寿命产生影响因素主要有品牌、安装方式、运转环境、运转速度。 品牌，咱就不说了，咱中国现在总体还处在模仿学习的阶段，在金属材料学方面没有西方研究的深透，所以基本上好的轴承都是进口的。在给同志们报告个坏消息，航模圈大牌子电机用的大都是小日本的轴承，特别是NMB这个牌子，这牌子前段时间被反垄断调查了。咱们不扯远了，好品牌的轴承代表着更长的寿命。 安装方式，轴承最怕的就是很紧凑的安装，如果装的紧了，再好的轴承也得减寿。在这点上，基本的航模厂家都不会犯太大的错。 其他还有的因素就是，运转速度越大命越短，受力越大命越短。速度的话都是根据电机的实际需要而不可能做什么改变，而现在很多电机都使用更大号的轴承来提高轴承受力负荷水平，虽然提高了成本却增加了稳定性。 相关小知识：无刷电机的寿命有多长？ 其实大多数的模型无刷电机是摔死的、热死的、断头死的（断轴），没有几个是寿终正寝挂掉的。 选用好的轴承并且合理运用不高温不巨震不摔机，无刷电机起码能用50000个小时，随随便便陪伴你10年，当然，钕铁硼磁铁可能会退磁，轴承可能会需要加油，但这些都是可以克服的因素。 关键是，模型无刷电机有几个不是往死里操？有几个不炸鸡，有几个会做轴承养护？所以，实际上，它的寿命都是掌握在玩家手里。
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发表于 2015-3-29 23:19
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