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。

 

在zai有you刷shua電dian機ji中zhong
，這zhe個ge過guo程cheng是shi將jiang各ge組zu線xian圈quan的de兩liang個ge電dian源yuan輸shu入ru端duan，依yi次ci排pai成cheng一yi個ge環huan
，相xiang互hu之zhi間jian用yong絕jue緣yuan材cai料liao分fen隔ge，組zu成cheng一yi個ge象xiang圓yuan柱zhu體ti的de東dong西xi，與yu電dian機ji軸zhou連lian成cheng一yi體ti，電dian源yuan通tong過guo兩liang個ge碳tan元yuan素su做zuo成cheng的de小xiao柱zhu子zi（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。

 

 

無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)采(cai)取(qu)電(dian)子(zi)換(huan)向(xiang)，線(xian)圈(quan)不(bu)動(dong)，磁(ci)極(ji)旋(xuan)轉(zhuan)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)，是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)套(tao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)，通(tong)過(guo)霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)，感(gan)知(zhi)永(yong)磁(ci)體(ti)磁(ci)極(ji)的(de)位(wei)置(zhi)
，根(gen)據(ju)這(zhe)種(zhong)感(gan)知(zhi)，使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)，適(shi)時(shi)切(qie)換(huan)線(xian)圈(quan)中(zhong)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)，保(bao)證(zheng)產(chan)生(sheng)正(zheng)確(que)方(fang)向(xiang)的(de)磁(ci)力(li)
，來(lai)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)。消(xiao)除(chu)了(le)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)缺(que)點(dian)。

 

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。

 

wushuazhiliudianjiyoudiandongjizhutihequdongqizucheng
，shiyizhongdianxingdejidianyitihuachanpin。youyuwushuazhiliudiandongjishiyizikongshiyunxingde，suoyibuhuixiangbianpintiaosuxiazhongzaiqidongdetongbudianjinayangzaizhuanzishanglingjiaqidongraozu，yebuhuizaifuzaitubianshichanshengzhendangheshibu。

 

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

 

zaozaishijiujidanshengdianjideshihou，chanshengdeshiyongxingdianjijiushiwushuaxingshi
，jijiaoliushulongshiyibudiandongji

，zhezhongdiandongjizaijiaoliudianchanshengyihoudedaoleguangfandeyingyong。danshi
，yibudiandongjiyouxuduowufakefudequexian，yizhidianjijishufazhanhuanman。youqishizhiliuwushuadianjiyizhiwufatourushangyeyunying，bansuizhedianzijishuderixinyueyi，zhizhijinjiniancaimanmantourushangyeyunying，jiuqishizhilaishuoyiranshuyujiaoliudianjifanchou。

 

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

 

zhiliuyoushuadianjiqidongxiangyingsudukuai，qidongniujuda，biansupingwen，suduconglingdaozuidajihuganjiaobudaozhendong
，qidongshikedaidonggengdadefuhe。wushuadianjiqidongdianzuda（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

 

youshuadianjishitongguotiaoyatiaosu
，suoyiqidonghezhidongpingwen，hengsuyunxingshiyepingwen。wushuadianjitongchangshishuzibianpinkongzhi，xianjiangjiaoliubianchengzhiliu，zhiliuzaibianchengjiaoliu，tongguopinlvbianhuakongzhizhuansu，suoyiwushuadianjizaiqidonghezhidongshiyunxingbupingwen

，zhendongda
，zhiyouzaisuduhengdingshicaihuipingwen。

 

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. zhiliuyoushuadianjishiyongchengbendi，weixiufangbian。youyuzhiliuyoushuadianjijiegoujiandan
，shengchanchengbendi
，shengchanchangjiaduo
，jishubijiaochengshu

，suoyiyingyongyebijiaoguangfan，birugongchang
、加工機床

、jingmiyiqideng，ruguodianjiguzhang，zhixugenghuantanshuajike，meigetanshuazhixuyaojiyuan，feichangbianyi。wushuadianjijishubuchengshu，jiagejiaogao，yingyongfanweiyouxian，zhuyaoyingzaihengsushebeishang
，birubianpinkongtiao
、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

 

shaoledianshua
，wushuadianjidemosunzhuyaoshizaizhouchengshangle，congjixiejiaodukan，wushuadianjijihushiyizhongmianweihudediandongjile，biyaodeshihou，zhixuzuoyixiechuchenweihujike。

 

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。

 

youshuadianjideyongcitishigudingbudongde，xianquanraozaizhuanzishang，tongguoyigedianshuagenhuanxiangqijiechujianduanlaigaibiancichangfangxianglaibaochizhuanzichixuzhuandong。wushuadianji
，gumingsiyi，zhezhongdianjishimeiyousuoweidedianshuahehuanxiangqide，tadezhuanzishiyongciti


，erxianquanshigudingbudongde，zhijiejiedaowaibudianyuan

，wentijiulaile
，xianquancichangfangxiangzenmegaibianne？shishishang
，wushuadianjiwaibuhaixuyaoyigedianzitiaosuqi，zhegetiaosuqishuobailejiushiyigedianjiqudong，tasuishidouzaigaibianzhegudingxianquanneibudianliudefangxiang，baozhengtagenyongcitizhijiandezuoyonglishixianghupaichi
，chixuzhuandongdeyiyanxu。

 

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MOS管guan震zhen動dong，使shi電dian機ji發fa出chu滴di滴di滴di的de聲sheng音yin。啟qi動dong後hou待dai命ming
，有you些xie電dian調tiao帶dai有you油you門men校xiao準zhun功gong能neng，在zai進jin入ru待dai命ming前qian會hui監jian測ce油you門men位wei置zhi是shi在zai高gao還hai是shi低di還hai是shi中zhong間jian
，高gao的de話hua進jin入ru電dian調tiao行xing程cheng校xiao準zhun，中zhong間jian的de話hua開kai始shi發fa出chu報bao警jing信xin號hao
，電dian機ji會hui滴di滴di的de響xiang，低di的de話hua會hui進jin入ru正zheng常chang工gong作zuo狀zhuang態tai。一yi切qie準zhun備bei就jiu緒xu後hou，電dian調tiao內nei的de單dan片pian機ji會hui根gen據juPWM信xin號hao線xian上shang的de信xin號hao決jue定ding輸shu出chu電dian壓ya的de大da小xiao和he頻pin率lv的de高gao低di以yi及ji驅qu動dong方fang向xiang和he進jin角jiao多duo少shao來lai驅qu動dong電dian機ji的de轉zhuan速su，轉zhuan向xiang。這zhe就jiu是shi無wu刷shua電dian調tiao原yuan理li。在zai驅qu動dong電dian機ji運yun轉zhuan的de時shi候hou，電dian調tiao內nei共gong有you3組MOS管工作
，每組2個(ge)極(ji)

，一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)正(zheng)極(ji)輸(shu)出(chu)，一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)負(fu)極(ji)輸(shu)出(chu)
，當(dang)正(zheng)極(ji)輸(shu)出(chu)時(shi)
，負(fu)極(ji)不(bu)輸(shu)出(chu)，負(fu)極(ji)輸(shu)出(chu)時(shi)，正(zheng)極(ji)不(bu)輸(shu)出(chu)
，這(zhe)樣(yang)子(zi)也(ye)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)交(jiao)流(liu)電(dian)，同(tong)樣(yang)，三(san)組(zu)都(dou)是(shi)這(zhe)樣(yang)工(gong)作(zuo)的(de)，它(ta)們(men)的(de)頻(pin)率(lv)是(shi)8000HZ。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
，IIC總(zong)線(xian)接(jie)口(kou)傳(chuan)送(song)控(kong)製(zhi)信(xin)號(hao)，可(ke)達(da)到(dao)每(mei)秒(miao)幾(ji)百(bai)上(shang)千(qian)次(ci)的(de)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)變(bian)化(hua)，在(zai)四(si)軸(zhou)飛(fei)行(xing)時(shi)
，姿(zi)態(tai)時(shi)刻(ke)能(neng)夠(gou)保(bao)持(chi)穩(wen)定(ding)。即(ji)使(shi)受(shou)到(dao)外(wai)力(li)突(tu)然(ran)衝(chong)擊(ji)，依(yi)舊(jiu)安(an)然(ran)無(wu)恙(yang)。

 

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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