1 有刷電機的工作原理

 

有刷電機是大家最早接觸的一類電機
，中學時物理課堂上介紹電動機也是以它為模型來展示的。有刷電機的主要結構就是定子+轉子+電刷，通過旋轉磁場獲得轉動力矩，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉動中起到導電和換相作用。

 

 

有刷電機采用機械換向，磁極不動
，線圈旋轉。電機工作時
，線圈和換向器旋轉，磁鋼和碳刷不轉
，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉動的換相器和電刷來完成的。

 

zaiyoushuadianjizhong，zhegeguochengshijianggezuxianquandelianggedianyuanshuruduan，yicipaichengyigehuan
，xianghuzhijianyongjueyuancailiaofenge，zuchengyigexiangyuanzhutidedongxi，yudianjizhoulianchengyiti
，dianyuantongguolianggetanyuansuzuochengdexiaozhuzi（碳刷）

，在彈簧壓力的作用下，從兩個特定的固定位置
，壓在上麵線圈電源輸入環狀圓柱上的兩點
，給一組線圈通電。

 

隨著電機轉動，不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥
，產生力量，推動電機轉動。碳電極在線圈接線頭上滑動，象刷子在物體表麵刷，因此叫碳“刷”。

 

相互滑動，會摩擦碳刷
，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發生電火花
，產生電磁破
，幹擾電子設備。

 

2 無刷電機工作原理

 

無刷電機中，換相的工作交由控製器中的控製電路（一般為霍爾傳感器+控製器，更先進的技術是磁編碼器）來完成。

 

 

wushuadianjicaiqudianzihuanxiang
，xianquanbudong
，cijixuanzhuan。wushuadianji，shishiyongyitaodianzishebei，tongguohuoeryuanjian，ganzhiyongciticijideweizhi，genjuzhezhongganzhi，shiyongdianzixianlu，shishiqiehuanxianquanzhongdianliudefangxiang，baozhengchanshengzhengquefangxiangdecili
，laiqudongdianji。xiaochuleyoushuadianjidequedian。

 

這zhe些xie電dian路lu，就jiu是shi電dian機ji控kong製zhi器qi。無wu刷shua電dian機ji的de控kong製zhi器qi
，還hai可ke以yi實shi現xian一yi些xie有you刷shua電dian機ji不bu能neng實shi現xian的de功gong能neng
，比bi如ru調tiao整zheng電dian源yuan切qie換huan角jiao，製zhi動dong電dian機ji，使shi電dian機ji反fan轉zhuan
，鎖suo住zhu電dian機ji，利li用yong刹sha車che信xin號hao，停ting止zhi給gei電dian機ji供gong電dian。現xian在zai電dian瓶ping車che的de電dian子zi報bao警jing鎖suo，就jiu充chong分fen利li用yong了le這zhe些xie功gong能neng。

 

無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji由you電dian動dong機ji主zhu體ti和he驅qu動dong器qi組zu成cheng，是shi一yi種zhong典dian型xing的de機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin。由you於yu無wu刷shua直zhi流liu電dian動dong機ji是shi以yi自zi控kong式shi運yun行xing的de

，所suo以yi不bu會hui象xiang變bian頻pin調tiao速su下xia重zhong載zai啟qi動dong的de同tong步bu電dian機ji那na樣yang在zai轉zhuan子zi上shang另ling加jia啟qi動dong繞rao組zu，也ye不bu會hui在zai負fu載zai突tu變bian時shi產chan生sheng振zhen蕩dang和he失shi步bu。

 

3 有刷電機與無刷電機調速方式的區別

 

實(shi)際(ji)上(shang)兩(liang)種(zhong)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)都(dou)是(shi)調(tiao)壓(ya)，隻(zhi)是(shi)由(you)於(yu)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)采(cai)用(yong)了(le)電(dian)子(zi)換(huan)向(xiang)
，所(suo)以(yi)要(yao)有(you)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)才(cai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)了(le)，而(er)有(you)刷(shua)直(zhi)流(liu)是(shi)通(tong)過(guo)碳(tan)刷(shua)換(huan)向(xiang)的(de)，利(li)用(yong)可(ke)控(kong)矽(gui)傳(chuan)統(tong)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)都(dou)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)
，比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)。

 

1、youshuamadatiaosuguochengshitiaozhengmadagongdiandianyuandianyadegaodi。tiaozhenghoudedianyadianliutongguozhengliuzijidianshuadizhuanhuan，gaibiandianjichanshengdecichangqiangruo，dadaogaibianzhuansudemude。zheyiguochengbeichengzhiweibianyatiaosu。

 

2、無刷馬達調速過程是馬達的供電電源的電壓不變，改變電調的控製信號，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關速率，來實現轉速的改變。這一過程被稱之為變頻調速。

 

4 性能差別

 

TI的一個介紹視頻關於有刷電機與無刷電機的對比，如下圖所示，很完整。

 

 

1. 有刷電機結構簡單、開發時間久、技術成熟

 

早zao在zai十shi九jiu紀ji誕dan生sheng電dian機ji的de時shi候hou，產chan生sheng的de實shi用yong性xing電dian機ji就jiu是shi無wu刷shua形xing式shi，即ji交jiao流liu鼠shu籠long式shi異yi步bu電dian動dong機ji，這zhe種zhong電dian動dong機ji在zai交jiao流liu電dian產chan生sheng以yi後hou得de到dao了le廣guang泛fan的de應ying用yong。但dan是shi
，異yi步bu電dian動dong機ji有you許xu多duo無wu法fa克ke服fu的de缺que陷xian，以yi致zhi電dian機ji技ji術shu發fa展zhan緩huan慢man。尤you其qi是shi直zhi流liu無wu刷shua電dian機ji一yi直zhi無wu法fa投tou入ru商shang業ye運yun營ying
，伴ban隨sui著zhe電dian子zi技ji術shu的de日ri新xin月yue異yi
，直zhi至zhi近jin幾ji年nian才cai慢man慢man投tou入ru商shang業ye運yun營ying
，就jiu其qi實shi質zhi來lai說shuo依yi然ran屬shu於yu交jiao流liu電dian機ji範fan疇chou。

 

無刷電機誕生不久，人們就發明了直流有刷電機。由於直流有刷電機機構簡單，生產加工容易，維修方便，容易控製；直流電機還具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，所以一經問世就得到了廣泛應用。

 

2. 直流有刷電機響應速度快，起動扭矩大

 

直zhi流liu有you刷shua電dian機ji起qi動dong響xiang應ying速su度du快kuai
，起qi動dong扭niu矩ju大da，變bian速su平ping穩wen

，速su度du從cong零ling到dao最zui大da幾ji乎hu感gan覺jiao不bu到dao振zhen動dong
，起qi動dong時shi可ke帶dai動dong更geng大da的de負fu荷he。無wu刷shua電dian機ji起qi動dong電dian阻zu大da（感抗）
，所以功率因素小，起動扭矩相對較小，起動時有嗡嗡聲，並伴隨著強烈震動，起動時帶動負荷較小。

 

3. 直流有刷電機運行平穩，起、製動效果好

 

有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)是(shi)通(tong)過(guo)調(tiao)壓(ya)調(tiao)速(su)，所(suo)以(yi)起(qi)動(dong)和(he)製(zhi)動(dong)平(ping)穩(wen)，恒(heng)速(su)運(yun)行(xing)時(shi)也(ye)平(ping)穩(wen)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)通(tong)常(chang)是(shi)數(shu)字(zi)變(bian)頻(pin)控(kong)製(zhi)，先(xian)將(jiang)交(jiao)流(liu)變(bian)成(cheng)直(zhi)流(liu)，直(zhi)流(liu)再(zai)變(bian)成(cheng)交(jiao)流(liu)
，通(tong)過(guo)頻(pin)率(lv)變(bian)化(hua)控(kong)製(zhi)轉(zhuan)速(su)，所(suo)以(yi)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)在(zai)起(qi)動(dong)和(he)製(zhi)動(dong)時(shi)運(yun)行(xing)不(bu)平(ping)穩(wen)，振(zhen)動(dong)大(da)，隻(zhi)有(you)在(zai)速(su)度(du)恒(heng)定(ding)時(shi)才(cai)會(hui)平(ping)穩(wen)。

 

4. 直流有刷電機控製精度高

 

直流有刷電機通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機的輸出功率更大，控製精度更高，控製精度可以達到0.01毫(hao)米(mi)
，幾(ji)乎(hu)可(ke)以(yi)讓(rang)運(yun)動(dong)部(bu)件(jian)停(ting)在(zai)任(ren)何(he)想(xiang)要(yao)的(de)地(di)方(fang)。所(suo)有(you)精(jing)密(mi)機(ji)床(chuang)都(dou)是(shi)采(cai)用(yong)直(zhi)流(liu)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)精(jing)度(du)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)由(you)於(yu)在(zai)啟(qi)動(dong)和(he)製(zhi)動(dong)時(shi)不(bu)平(ping)穩(wen)，所(suo)以(yi)運(yun)動(dong)部(bu)件(jian)每(mei)次(ci)都(dou)會(hui)停(ting)到(dao)不(bu)同(tong)的(de)位(wei)置(zhi)上(shang)，必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)定(ding)位(wei)銷(xiao)或(huo)限(xian)位(wei)器(qi)才(cai)可(ke)以(yi)停(ting)在(zai)想(xiang)要(yao)的(de)位(wei)置(zhi)上(shang)。

 

5. 直(zhi)流(liu)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)使(shi)用(yong)成(cheng)本(ben)低(di)
，維(wei)修(xiu)方(fang)便(bian)。由(you)於(yu)直(zhi)流(liu)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)低(di)
，生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)多(duo)，技(ji)術(shu)比(bi)較(jiao)成(cheng)熟(shu)

，所(suo)以(yi)應(ying)用(yong)也(ye)比(bi)較(jiao)廣(guang)泛(fan)，比(bi)如(ru)工(gong)廠(chang)、加工機床、精(jing)密(mi)儀(yi)器(qi)等(deng)，如(ru)果(guo)電(dian)機(ji)故(gu)障(zhang)，隻(zhi)需(xu)更(geng)換(huan)碳(tan)刷(shua)即(ji)可(ke)，每(mei)個(ge)碳(tan)刷(shua)隻(zhi)需(xu)要(yao)幾(ji)元(yuan)，非(fei)常(chang)便(bian)宜(yi)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)技(ji)術(shu)不(bu)成(cheng)熟(shu)，價(jia)格(ge)較(jiao)高(gao)
，應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)
，主(zhu)要(yao)應(ying)在(zai)恒(heng)速(su)設(she)備(bei)上(shang)，比(bi)如(ru)變(bian)頻(pin)空(kong)調(tiao)
、冰箱等


，無刷電機損壞隻能更換。

 

6. 無電刷、低幹擾

 

無刷電機去除了電刷

，最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉時產生的電火花

，這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設備的幹擾。

 

7. 噪音低，運轉順暢

 

無刷電機沒有了電刷，運轉時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多

，這個優點對於模型運行穩定性是一個巨大的支持。

 

8. 壽命長，低維護成本

 

少shao了le電dian刷shua
，無wu刷shua電dian機ji的de磨mo損sun主zhu要yao是shi在zai軸zhou承cheng上shang了le，從cong機ji械xie角jiao度du看kan，無wu刷shua電dian機ji幾ji乎hu是shi一yi種zhong免mian維wei護hu的de電dian動dong機ji了le
，必bi要yao的de時shi候hou，隻zhi需xu做zuo一yi些xie除chu塵chen維wei護hu即ji可ke。

 

5 無刷電機控製原理

 

電機驅動控製就是控製電機的轉動或者停止，以及轉動的速度。電機驅動控製部分也叫做電子調速器，簡稱電調，英文electronic speed controller（ESC）。電調對應使用的電機不同
，分無刷電調和有刷電調。

 

有you刷shua電dian機ji的de永yong磁ci體ti是shi固gu定ding不bu動dong的de，線xian圈quan繞rao在zai轉zhuan子zi上shang，通tong過guo一yi個ge電dian刷shua跟gen換huan相xiang器qi接jie觸chu間jian斷duan來lai改gai變bian磁ci場chang方fang向xiang來lai保bao持chi轉zhuan子zi持chi續xu轉zhuan動dong。無wu刷shua電dian機ji，顧gu名ming思si義yi，這zhe種zhong電dian機ji是shi沒mei有you所suo謂wei的de電dian刷shua和he換huan相xiang器qi的de，他ta的de轉zhuan子zi是shi永yong磁ci體ti，而er線xian圈quan是shi固gu定ding不bu動dong的de，直zhi接jie接jie到dao外wai部bu電dian源yuan，問wen題ti就jiu來lai了le，線xian圈quan磁ci場chang方fang向xiang怎zen麼me改gai變bian呢ne
？事shi實shi上shang，無wu刷shua電dian機ji外wai部bu還hai需xu要yao一yi個ge電dian子zi調tiao速su器qi，這zhe個ge調tiao速su器qi說shuo白bai了le就jiu是shi一yi個ge電dian機ji驅qu動dong，它ta隨sui時shi都dou在zai改gai變bian著zhe固gu定ding線xian圈quan內nei部bu電dian流liu的de方fang向xiang
，保bao證zheng它ta跟gen永yong磁ci體ti之zhi間jian的de作zuo用yong力li是shi相xiang互hu排pai斥chi
，持chi續xu轉zhuan動dong得de以yi延yan續xu。

 

刷(shua)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)可(ke)以(yi)不(bu)需(xu)要(yao)電(dian)調(tiao)
，直(zhi)接(jie)把(ba)電(dian)供(gong)給(gei)電(dian)機(ji)就(jiu)能(neng)夠(gou)工(gong)作(zuo)，但(dan)是(shi)這(zhe)樣(yang)無(wu)法(fa)控(kong)製(zhi)電(dian)機(ji)的(de)轉(zhuan)速(su)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)工(gong)作(zuo)必(bi)須(xu)要(yao)有(you)電(dian)調(tiao)，否(fou)則(ze)是(shi)不(bu)能(neng)轉(zhuan)動(dong)的(de)。必(bi)須(xu)通(tong)過(guo)無(wu)刷(shua)電(dian)調(tiao)將(jiang)直(zhi)流(liu)電(dian)轉(zhuan)化(hua)為(wei)三(san)相(xiang)交(jiao)流(liu)電(dian)，輸(shu)給(gei)無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)才(cai)能(neng)轉(zhuan)動(dong)。

 

最zui早zao的de電dian調tiao可ke不bu是shi像xiang現xian在zai的de電dian調tiao一yi樣yang，最zui早zao全quan是shi有you刷shua電dian調tiao，說shuo道dao這zhe你ni可ke能neng要yao問wen了le，什shen麼me是shi有you刷shua電dian調tiao，和he現xian在zai的de無wu刷shua電dian調tiao有you什shen麼me區qu別bie。事shi實shi上shang這zhe差cha別bie呀ya可ke大da了le去qu了le
，有you刷shua電dian調tiao和he無wu刷shua電dian調tiao都dou是shi根gen據ju電dian機ji來lai說shuo的de，現xian在zai電dian機ji的de轉zhuan子zi，就jiu是shi能neng轉zhuan動dong的de部bu分fen全quan是shi磁ci鐵tie塊kuai，線xian圈quan是shi定ding子zi不bu轉zhuan動dong的de，因yin為wei這zhe中zhong間jian沒mei有you碳tan刷shua，這zhe就jiu是shi無wu刷shua電dian機ji。而er有you刷shua電dian機ji呢ne
，顧gu名ming思si義yi就jiu是shi有you碳tan刷shua
，所suo以yi就jiu是shi有you刷shua電dian機ji，像xiang我wo們men平ping常chang小xiao孩hai子zi玩wan的de一yi二er十shi塊kuai錢qian的de遙yao控kong車che用yong的de電dian機ji就jiu是shi有you刷shua電dian機ji。電dian調tiao就jiu是shi根gen據ju這zhe兩liang種zhong電dian機ji而er命ming名ming的de有you刷shua電dian調tiao和he無wu刷shua電dian調tiao。從cong專zhuan業ye的de角jiao度du來lai講jiang呢ne就jiu是shi有you刷shua電dian調tiao就jiu是shi輸shu出chu時shi直zhi流liu電dian
，無wu刷shua電dian調tiao輸shu出chu是shi三san相xiang交jiao流liu電dian。直zhi流liu電dian就jiu是shi我wo們men電dian池chi裏li存cun儲chu的de電dian，有you正zheng負fu極ji之zhi分fen
，我wo們men家jia用yong220V的
，用於手機充電器或者電腦的電源都是交流電。交流電就是帶有一定的頻率，通俗講就是一根線上正負、正負的來回交換著；直流電就是正極是正極，負極是負極。交流直流弄清楚了
，那麼什麼又是“三相機”呢
？理論講三相交流電是電的一種傳輸形式
，簡稱三相電
，是由3個頻率相同、振幅相等、相位依次互差120度的交流電勢組成的電源。通俗的講，就是我們家用的三項交流電，除了電壓
、頻率、驅動角不同
，其他都一樣，現在對於三相電和直流電都了解了吧。

 

 

無刷電調，輸入的是直流電，通過一個濾波電壓穩定電壓。然後分成倆兩路，一路是電調的BEC使用，BEC是給接收機與電調自身單片機供電使用的，輸出至接收機的電源線就是信號線上的紅線和黑線，另一路是介入MOS管使用，在這裏，電調上電
，單片機開始啟動，驅動MOSguanzhendong，shidianjifachudididideshengyin。qidonghoudaiming
，youxiediantiaodaiyouyoumenxiaozhungongneng，zaijinrudaimingqianhuijianceyoumenweizhishizaigaohaishidihaishizhongjian

，gaodehuajinrudiantiaoxingchengxiaozhun
，zhongjiandehuakaishifachubaojingxinhao，dianjihuidididexiang，didehuahuijinruzhengchanggongzuozhuangtai。yiqiezhunbeijiuxuhou
，diantiaoneidedanpianjihuigenjuPWMxinhaoxianshangdexinhaojuedingshuchudianyadedaxiaohepinlvdegaodiyijiqudongfangxianghejinjiaoduoshaolaiqudongdianjidezhuansu

，zhuanxiang。zhejiushiwushuadiantiaoyuanli。zaiqudongdianjiyunzhuandeshihou，diantiaoneigongyou3組MOS管工作，每組2geji，yigekongzhizhengjishuchu，yigekongzhifujishuchu
，dangzhengjishuchushi
，fujibushuchu
，fujishuchushi，zhengjibushuchu，zheyangziyejiuxingchenglejiaoliudian，tongyang，sanzudoushizheyanggongzuode
，tamendepinlvshi8000HZ。講到這，無刷電調也相當於一個工廠裏電機上使用的變頻器或者調速器。

 

 

電調的輸入是直流，通常由鋰電池來供電。輸出是三相交流
，可以直接驅動電機。另外航模無刷電子調速器還有三根信號輸入線，輸入PWM信號
，用於控製電機的轉速。對於航模，尤其是四軸飛行器，由於其特殊性
，需要專門的航模電調。

 

 

那na麼me為wei什shen麼me在zai四si軸zhou飛fei行xing器qi上shang需xu要yao專zhuan門men的de電dian調tiao呢ne


，其qi有you什shen麼me特te別bie的de地di方fang
？四si軸zhou飛fei行xing器qi有you四si個ge槳jiang
，兩liang兩liang相xiang對dui呈cheng十shi字zi交jiao叉cha結jie構gou。在zai槳jiang的de轉zhuan向xiang上shang分fen正zheng轉zhuan和he反fan轉zhuan
，這zhe樣yang可ke抵di消xiao單dan個ge槳jiang葉ye旋xuan轉zhuan引yin起qi的de自zi旋xuan問wen題ti。每mei個ge槳jiang的de直zhi徑jing很hen小xiao，四si個ge槳jiang轉zhuan動dong時shi的de離li心xin力li是shi分fen散san的de。不bu像xiang直zhi機ji的de槳jiang，隻zhi有you一yi個ge能neng產chan生sheng集ji中zhong的de離li心xin力li形xing成cheng陀tuo螺luo性xing質zhi的de慣guan性xing離li心xin力li，保bao持chi機ji身shen不bu容rong易yi很hen快kuai的de側ce翻fan掉diao。所suo以yi通tong常chang用yong到dao的de舵duo機ji控kong製zhi信xin號hao更geng新xin頻pin率lv很hen低di。

 

四軸為了能夠快速反應，以應對姿態變化引起的飄移
，需要高反應速度的電調，常規PPM電調的更新速度隻有50Hz左右
，滿足不了這種控製所需要的速度，且PPM電調MCU內置PID穩(wen)速(su)控(kong)製(zhi)，能(neng)對(dui)常(chang)規(gui)航(hang)模(mo)提(ti)供(gong)順(shun)滑(hua)的(de)轉(zhuan)速(su)變(bian)化(hua)特(te)性(xing)
，用(yong)在(zai)四(si)軸(zhou)上(shang)就(jiu)不(bu)合(he)適(shi)了(le)，四(si)軸(zhou)需(xu)要(yao)的(de)是(shi)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)的(de)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)變(bian)化(hua)。用(yong)高(gao)速(su)專(zhuan)用(yong)電(dian)調(tiao)
，IICzongxianjiekouchuansongkongzhixinhao，kedadaomeimiaojibaishangqiancidedianjizhuansubianhua，zaisizhoufeixingshi，zitaishikenenggoubaochiwending。jishishoudaowailituranchongji，yijiuanranwuyang。

 

EMC是電子行業的一個重要領域，具有嚴格的法規，電機是EMI的重要來源。希望此文能加深廣大工程們對電機的理解，提前采取適當的措施來抑製EMI。

 

 

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