日期：2022-12-08 16:24 瀏覽次數：0
第四部分：外轉子無刷直流電機
看完了內轉子無刷DC電機的結構，讓我們看看外轉子的結構。不同的是，外轉子電機是把中心的磁鋼做成碎片，粘在機殼上。電機運轉時，整個機殼在轉動，而中間的線圈定子不動。與內轉子相比，外轉子無刷DC電機的轉動慣量要大得多(因為轉子的主要質量集中在外殼上)，所以外轉子無刷DC電機的轉速比內轉子電機慢。通常KV值在幾百到幾千之間。也是主要用于航模的無刷電機。
無刷電機的KV值定義為：轉速/V，表示輸入電壓每增加1伏，無刷電機增加的轉速。比如標稱值為1000KV的外轉子無刷電機，在11伏電壓下，最大空載轉速為11000rpm(rpm的意思是：每分鐘轉數)。
同系列同尺寸的無刷電機會根據繞組匝數表現出不同的KV特性。如果繞組匝數大，KV值低，最大輸出電流小，轉矩大；如果繞組匝數小，KV值高，最大輸出電流大，轉矩小。我之前測試過橫機2204電機的極限電流。單臺電機能達到25A，2212系列電機達不到15A。
外轉子無刷直流電機的結構：
分析方法類似于內轉子電機?？梢宰约悍治?，根據右手螺旋定理判斷線圈的N/S極。轉子永磁體的N極有與定子繞組的S極對齊(吸引)的趨勢，轉子永磁體的S極有與定子繞組的N極對齊(吸引)的趨勢，從而帶動電機旋轉。
經典無刷電機2212 1000kv電機結構分析：
其結構如下：定子繞組固定在底座上，轉軸和外殼固定在一起構成轉子，軸承插在定子中間。
線圈拆卸圖
電機繞組圖
后面顯示了六種兩相通電情況?？梢钥闯?，雖然繞組和磁極的數量可以以多種方式變化，但從電氣控制的角度來看，通電順序實際上是相同的。也就是說，無論外轉子還是內轉子電機，都遵循AB-AC-BC-BA-CA-CB的順序進行通電和換向。當然，如果想讓電機反轉，電子的方法是按相反的順序通電；物理方法直接切換任意兩條線路。假設A和B對調，那么順序是BA-BC-AC-AB-CB-CA。有沒有發現這里的順序完全顛倒了？
AB相電氣化
交流相位通電
BC相通電
BA階段電氣化
CA相電氣化
CB相電氣化
因為每根導線同時連接到兩個繞組，所以電流以兩種方式流動。這里為了盡可能簡化問題，下圖中只顯示了主電路的電流方向，其他電路的電流沒有顯示。另一個電路的具體情況后面再分析，涉及到電路檢測換向位置。
無刷電機中的專業名詞
額定電壓：是無刷電機合適的工作電壓。其實無刷電機的適用工作電壓很寬，額定電壓是指定負載條件的結果。但這個工作電壓并不是無限上升的，主要受制于電子控制器支持的最高頻率。所以額定工作是由工作環境決定的。
KV值：無刷DC電機根據額定工作電壓標注額定轉速。無刷電機引入了KV值的概念，可以讓用戶直觀的知道無刷電機在特定工作電壓下的具體轉速。
轉矩：(轉矩，扭矩)電動機中轉子產生的驅動轉矩可以用來驅動機械負載。我們可以了解電機的功率。
轉速：電機每分鐘轉速，一般用RPM表示。
最大電流：電機能承受并安全工作的最大電流。
最大功率：電機能承受并安全工作的最大功率=電壓*電流
無刷電機功率和效率
我們可以簡單的理解為電機的輸出功率=轉速*扭矩。在同樣的功率下，扭矩和轉速是一種權衡關系，即轉速越高s
每個電機都有自己的功率極限，最大功率就是這個極限。如果工況超過這個最大功率，會導致電機高溫燒壞。當然，這個最大功率也是在工作電壓一定的情況下得到的。如果處于較高的工作電壓，合理的最大功率也會提高。這是因為：Q=I2R，導體的發熱與電流的平方成正比。在更高的電壓下，如果是同樣的功率，電流會降低，導致發熱減少，最大功率增加。這也解釋了為什么專業航拍飛行器大量使用22.2V甚至30V電池驅動多軸飛行器。高壓下的無刷電機電流小，發熱低，效率更高。
無刷電機電壓與效率的關系
前兩個公式：
1、功率=電壓*電流
2、發熱量=電流的平方*電阻
從公式中得出兩個結論：相同功率下，電壓越高，電流越小，得出相同功率下，電壓越高，發熱量越小。最后得出結論：電壓越高，電流越小，同樣的飛機產生的熱量越少，效率越高。
現在你知道為什么高壓電力線一定要用100KV甚至220KV或者550KV的高壓供電了吧(這個KV是千伏)。
當然，飛機需要電池來驅動，具體來說就是鋰電池。鋰電池的數量自然取決于電池的大小，電池越大，自然能做到的電壓越高。所以在電壓方面，其實我們能做的并不多，因為市面上很多電池都是系列化的。比如像450這樣的機型，可以找450直升機的6S電池，但是價格很高，需要的電子調音價格也較高。所以在電壓方面應該做的是：盡量避免大型號使用低壓電池，這樣會造成工作電流比較大，耗銅量也比較大。同時，小型飛機也要避免使用高壓電池，因為電池重量太大。
關于無刷電機的磁極對數
磁場的旋轉速度又稱同步速度，與三相電流的頻率和磁極數p有關，如果定子繞組只有一對磁極(極對p=1)，即只有兩個磁極，對于只有一對磁極的旋轉磁場，三相電流變化一次，合成磁場也旋轉一次。如果是50hz交流電，旋轉磁場的同步速度是50轉/分或3000轉/分。在工程技術中，常用于以r/min的轉速旋轉。如果定子繞組合成的磁場有兩對磁極(磁極對p=2)，即有四個磁極，可以證明電流變化一周，合成磁場在空間旋轉180度，可以概括為：每分鐘P對磁極旋轉磁場的同步轉速為n=60f/p。
當磁極數一定時，如果改變交流電的頻率，就可以改變旋轉磁場的同步速度，這就是變頻調速的基本原理。因為電機的磁極是成對出現的，所以往往用極對來表示。
關于無刷電機的磁鐵
世界上幾乎100%的無刷電機都使用‘磁王’3354釹磁鐵，用磁王來形容釹磁鐵是名不虛傳的。釹磁鐵的磁性是我們生活中常見的黑色鐵氧體磁鐵的三倍！當然價格是鐵氧體磁鐵的10倍以上。無刷電機畢竟屬于永磁電機，永磁電機的功率和特性完全取決于磁體?；旧?，磁鐵的體積和品牌決定了電機的最大功率。
此外，磁鐵的形狀也有差異。如果拆解一些廉價電機，會發現大部分磁鐵都是方形的。方形磁鐵易于加工且相對便宜，自然成為追求成本的電機的最佳選擇。但是很多品牌的電機都選擇弧形磁鐵，這樣可以保證磁鐵和硅鋼片之間的氣隙始終一致。好像功率和效率都比方形磁鐵好。然而，當一些電機被拆開時，發現了被稱為面包型的磁鐵。它們可以完全貼在鐵殼上，但與硅鋼片的距離與方形磁鐵的距離相同
然而，在其他情況下也可以使用方形磁體。在多槽多極(例如36槽42極)的無刷電機中，基本都是用方形磁鐵。這是因為鐵殼的直徑很大，方形磁鐵可以很好的與鐵殼粘合，與硅鋼片的氣隙也很均勻。
關于無刷電機的硅鋼片
其實我初中學電磁學的時候經常想，為什么電機要用硅鋼片？不是說帶電導體在磁場中可以作用嗎？那你為什么需要硅鋼片？后來想了很久，終于得出一個結論，就是設計師不可能比你更蠢！
空氣有弱磁性，但鐵有磁性。硅鋼片的作用是引導磁鐵的磁路，形成電路，這就要求電機的磁阻(我們可以把它等同于電阻)比較小。但是大家也看到了，為什么定子是由一片片組成的？
你知道電磁爐的原理嗎？為什么鐵鍋放在電磁爐上會發熱？其實這是因為——類鐵物質放在快速變化的電磁場中(想想交流電，瞬間飛來飛去，不像直流電，永遠是正對負)會產生渦流損耗和熱量，頻率越高，產生的熱量越大。硅鋼片在電機的旋轉磁場里，和電磁爐上放鐵鍋是一個問題。解決辦法是在鋼中加入硅，使其變成薄片。理論上，硅鋼片越薄，渦流損耗就會越小。
那么你明白為什么普通固定翼電機多為0.35MM厚的硅鋼片，而直升機和涵道機電機多為0.2MM的硅鋼片了嗎？電機轉速越快，磁場變化越快，渦流損耗越大。目前多軸電機大多采用0.2MM的單片硅鋼片，這樣電機的鐵損會更低。
關于無刷電機使用與保養
無刷電機由電機本體和驅動器組成，是典型的機電一體化產品，在很多領域得到了廣泛的應用。用戶在使用DC無刷電機時應注意的一些問題。
那么使用DC無刷電機需要注意什么呢？
(1)拆卸前，應用壓縮空氣吹凈電機表面的灰塵，并將表面污垢擦拭干凈。
(2)選擇電機解體工作地點，清理現場環境。
(3)熟悉電機維修的結構特點和技術要求。
(4)準備拆卸所需的工具(包括專用工具)和設備。
(5)為了進一步了解電機運行中的缺陷，在條件允許的情況下，可在拆卸前進行檢查試驗。因此，將電機帶負荷試轉，并詳細檢查電機各部分的溫度、聲音和振動。
