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  • 有刷無刷動力電調與馬達知識

    2016-03-23 14:30:20
      電動飛機的動力,主要是指2個元件:

      第一就是電機(Motor),也稱馬達。

      第二就是控制電機轉速的調速器(Speed Controller),很久之前早期的調速器是使用舵機控制可調電阻撥片來實現,此類稱為機械調速器,現已退出歷史舞臺,僅能在一些復刻車架包裝盒或者說明書上看到其照片。現在我們說調速器,都是指電子調速器,簡稱電調,英文Electronic Speed Controller,縮寫ESC

      按大類來分,可分為有刷動力和無刷動力。即有刷電調搭配有刷電機,以及無刷電調搭配無刷電機。

      有刷電機與無刷電機

      車模用的電機,全部都是內轉子電機,也就是電機外殼是固定的,靠里面圓形轉子轉動。外轉子的這里不予討論,想要了解外轉子與內轉子的,可以自行百度了解。

      有刷電機:早期的電機,是將磁鐵固定在電機外殼或者底座,成為定子。然后將線圈繞組,成為轉子,模型車用有刷電機常見都是3組繞線,下圖就是典型的有刷電機構造。  

      通過圖片可見有刷電機最基本的組成部分除了定子,轉子,還有碳刷,有刷電機因此也叫碳刷電機,或者有碳刷電機。碳刷通過與繞組上的銅頭接觸,讓電機得以轉動。但是由于由于高速轉動時,會帶來碳刷的磨損,因此有刷電機需要在碳刷用完之后,更換碳刷。而銅頭也會磨損,因此在有碳刷時代的競賽電機,除了更換碳刷,還需要打磨銅頭,讓銅頭保持光滑。更換碳刷后還需要磨合,讓碳刷與銅頭的接觸面積最大化,以實現最大電流來提高電機的轉速/扭矩。

      無刷電機:既然有刷有以上的弊端,于是無刷便應運而生。

      無刷是把線圈繞在定子上,然后把磁鐵做成轉子,轉動的是磁鐵,而不是線圈,因此就沒有了碳刷這個消耗品。

      既然線圈固定了,那么如何讓線圈產生變化的磁場呢?這就是為什么無刷需要3根線的原因了。利用無刷電調,給線圈組對應地供電以產生相應的磁場,就可以實現不停地驅動磁鐵轉子保持轉動。

      下圖就是無刷電機的最基本原理,動畫圖十分簡單易懂,就是我們現在主流的2極電機的驅動原理。

      總結:無論有刷電機還是無數電機,基本原理都是通過線圈產生磁場,然后搭配永磁鐵來驅動轉子轉動。有刷是把永磁鐵做成定子,線圈做成轉子。而無刷則是把線圈做成定子,永磁鐵做成圓形的轉子。

      電機使用小提示:玩家面向馬達輸出軸,馬達以逆時針轉動時,車架是前進方向,則是標準的車架設計。如果某些車架使用非標設計,那么就會變成馬達逆時針轉動時,車子反而后退。當然也有可能是一些軸車玩家安裝過程出錯,將差速的左右裝反了,也會出現反向的錯誤。

      有刷電調與無刷電調

      有刷電調,說完有刷電機,自然要提及到有刷電調,有刷電調就是用來控制有刷電機轉速的設備了。

      有刷電調往往只有4根線,2根是輸入電源端,接到正負極。另外2根則是控制電機轉速的輸出端,接到電機的2個電極上。通過改變電流/電壓以及傳導方向就可以實現對轉速以及正反的控制。

      下圖是好盈酷跑60A防水型有刷電調  

     

      以前的頂級競賽級有刷電調是不帶倒車的,因此只有3根線柱,接到電機正極的線和電池正極是同一根線柱。

      無刷電調,和有刷一樣道理,無刷電機需要工作,就必然需要一個無刷電調。

      無刷電調輸入端一樣是2根線,正負極電源。但是無刷輸出則需要3根線。原理上面我們介紹無刷電機的時候說過了,就是靠3根線不停地改變磁場以驅動轉子轉動。

      下圖是目前好盈頂級V3.1版120A電調

      說完原理,我們就知道,無刷電機必須使用無刷電調才可以。而有刷電機則需要使用有刷電調才行。但是部分無刷電調可以通過改寫內置程序,讓輸出的3根線橋搭成2根,用以驅動有刷電機。好盈科技之前就曾經推出過此類產品,不過早已停產因為無刷已經成為主流。

      說完基本原理,下面來說一些電機的基本參數及其意義

      電機常見參數:T數,轉速,無刷電機KV值,尺寸,軸徑,2極/4極是什么,有感和無感是什么?

      電機T數:

      T,英文Turn,線圈繞了多少圈的意思,例如線圈繞了21圈,則稱為21T。某些品牌也稱為R,Round的縮寫,相同的意思,都是繞線圈數。

      有刷電機因為繞線都是從銅頭開始,然后也在銅頭處結束,因此有刷都是整數圈,例如20T,30T等等。

      無刷電機因為結構限制,常見都是從輸入端開始,結束于另外一側,因此常見都是多半圈,于是大多數都是4.5,8.5,21.5T這樣的。也有一些結構比較特殊的是整數圈,例如4T。這種整數圈的相對很少。

      不管有刷還是無刷,同系列相同尺寸的情況下,都是線圈是越小,則電機的轉速與扭矩越大,耗電與發熱越高,能提供更強勁的動力輸出。此前我們都有留意到網上不少流傳,說T數高的電機,扭力比T數低的要大。這個是完完全全的誤區。電機的T數類似于真車的排量,T數越小則相當于排量越高,能提供越大的功率和扭矩。選擇什么T數,則是根據需要搭配的問題,還要牽涉到齒輪比的搭配。

      無刷電機和有刷電機之間的T數對應關系:往往我們認為無刷電機的T數,乘以2~2.5之間,得出的數值,這個數值T數的有刷,就與這個無刷T數的功率與扭矩比較接近。例如一個8.5T的無刷,大約就是17~21T之間的有刷接近;再例如一個21.5T的無刷,跟一個43~55T之間的有刷接近。

      轉速/KV值:

      有刷電機有些會標出轉速,例如30000rpm @ 7.2V,意思則是7.2V時電機可以實現三萬轉每分鐘的空載轉速。

      無刷電機則常見是標KV值,無刷的KV值是無刷特有,是指電壓每增加1V,電機的轉速增加多少RPM,例如3000KV意思則為每提高1V的電壓能讓電機轉速增加3000RPM,因此我們可以換算得到這個電機在8.4V滿電的鋰電下,轉速是8.4*3000=25200RPM

      無刷電機一但做好,其T數和KV值則是固定的,例如某品牌某型號的8.5T是4000KV,10.5T是3300KV這樣。于是無刷電機在銷售時有些會只標T數,或者只標KV值,并非所有型號都會標上T數和KV值,但是在規格參數中這2項基本都不會缺席。

      標T數的,主要是3650的電機,而其他類型的則主要標KV值。這個是國際慣例有關的問題。

      輸出軸徑:

      電機需要帶動車子轉動,要輸出動力,自然是需要靠輸出的那根軸來安裝馬達齒或者傳動軸,于是這根輸出軸的尺寸就成了必須要考慮的因素。

      常見軸徑有:2mm,3.175mm,5mm,8mm