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

 

shijishangliangzhongdianjidekongzhidoushitiaoya，zhishiyouyuwushuazhiliucaiyongledianzihuanxiang
，suoyiyaoyoushuzikongzhicaikeyishixianle

，eryoushuazhiliushitongguotanshuahuanxiangde，liyongkekongguichuantongmonidianludoukeyikongzhi
，bijiaojiandan。

 

1
、有(you)刷(shua)馬(ma)達(da)調(tiao)速(su)過(guo)程(cheng)是(shi)調(tiao)整(zheng)馬(ma)達(da)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)高(gao)低(di)。調(tiao)整(zheng)後(hou)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)整(zheng)流(liu)子(zi)及(ji)電(dian)刷(shua)地(di)轉(zhuan)換(huan)
，改(gai)變(bian)電(dian)極(ji)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)強(qiang)弱(ruo)，達(da)到(dao)改(gai)變(bian)轉(zhuan)速(su)的(de)目(mu)的(de)。這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)被(bei)稱(cheng)之(zhi)為(wei)變(bian)壓(ya)調(tiao)速(su)。

 

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

 

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0.01haomi，jihukeyirangyundongbujiantingzairenhexiangyaodedifang。suoyoujingmijichuangdoushicaiyongzhiliudianjikongzhijingdu。wushuadianjiyouyuzaiqidonghezhidongshibupingwen，suoyiyundongbujianmeicidouhuitingdaobutongdeweizhishang，bixutongguodingweixiaohuoxianweiqicaikeyitingzaixiangyaodeweizhishang。

 

5. zhiliuyoushuadianjishiyongchengbendi，weixiufangbian。youyuzhiliuyoushuadianjijiegoujiandan
，shengchanchengbendi，shengchanchangjiaduo，jishubijiaochengshu，suoyiyingyongyebijiaoguangfan
，birugongchang、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。

 

youshuadianjideyongcitishigudingbudongde，xianquanraozaizhuanzishang，tongguoyigedianshuagenhuanxiangqijiechujianduanlaigaibiancichangfangxianglaibaochizhuanzichixuzhuandong。wushuadianji
，gumingsiyi，zhezhongdianjishimeiyousuoweidedianshuahehuanxiangqide

，tadezhuanzishiyongciti，erxianquanshigudingbudongde，zhijiejiedaowaibudianyuan
，wentijiulaile，xianquancichangfangxiangzenmegaibianne

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

 

shuadianjigongzuokeyibuxuyaodiantiao，zhijiebadiangonggeidianjijiunenggougongzuo，danshizheyangwufakongzhidianjidezhuansu。wushuadianjigongzuobixuyaoyoudiantiao
，fouzeshibunengzhuandongde。bixutongguowushuadiantiaojiangzhiliudianzhuanhuaweisanxiangjiaoliudian
，shugeiwushuadianjicainengzhuandong。

 

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(ju)PWM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shi8000HZ。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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