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航模無刷電機(jī)原理
來源：深圳市鑫海文科技有限公司|發(fā)布時(shí)間：2019-12-24 21:21
航模直流無刷電機(jī)在實(shí)際應(yīng)用中需求很大，而且目前在市場(chǎng)上的航模電機(jī)來說也大多都是采用的無刷電機(jī)。無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率、低速轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)，在航模這種高敏調(diào)速轉(zhuǎn)向上運(yùn)用廣泛。
目前航模的動(dòng)力配置基本采用的“無刷電機(jī)”加電調(diào)組合方案，我們大多稱此類電機(jī)為“無刷電機(jī)”，也有人稱之為BLDCM，結(jié)合資料以及相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)，在此對(duì)該類電機(jī)進(jìn)行不成熟的描述。
首先，稱之為直流無刷電機(jī)是有一定的問題的，資料顯示適應(yīng)方波驅(qū)動(dòng)的BLDCM的反電動(dòng)勢(shì)是類似于梯形波，梯形波的反電動(dòng)勢(shì)不是偶然形成的，而是人為控制，主要采用整距集中繞組，永磁體形狀為瓦片形，多徑向充磁等方式。該類電機(jī)適用于方波控制，也就是常用的航模電調(diào)的控制方式。
四軸航模，又稱四旋翼航模、四旋翼直升機(jī)，簡稱四軸、四旋翼。這四軸航模(Quadrotor)是一種多旋翼航模。四軸航模的四個(gè)螺旋槳都是電機(jī)直連的簡單機(jī)構(gòu)，十字形的布局允許航模通過改變電機(jī)轉(zhuǎn)速獲得旋轉(zhuǎn)機(jī)身的力，從而調(diào)整自身姿態(tài)。
為了保持航模的穩(wěn)定飛行和質(zhì)量減輕，四軸航模上裝4個(gè)無刷電機(jī)進(jìn)行動(dòng)力傳輸，保證動(dòng)力穩(wěn)定，無刷直流電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)效率、低速轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速精度等都比任何控制技術(shù)的變頻器還要好，以其寬調(diào)速、小體積、高效率和穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速誤差小等特點(diǎn)，在四軸航模這種高敏調(diào)速轉(zhuǎn)向航模上運(yùn)用廣泛。
電調(diào)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(qū)動(dòng)電機(jī)。另外航模無刷電子調(diào)速器還有三根信號(hào)輸入線，輸入PWM信號(hào)，用于控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。對(duì)于航模，尤其是四軸航模，由于其特殊性，需要專門的航模電調(diào)。
那么為什么在四軸航模上需要專門的電調(diào)呢，其有什么特別的地方？
四軸航模有四個(gè)槳，兩兩相對(duì)呈十字交叉結(jié)構(gòu)。在槳的轉(zhuǎn)向上分正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)，這樣可抵消單個(gè)槳葉旋轉(zhuǎn)引起的自旋問題。每個(gè)槳的直徑很小，四個(gè)槳轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的離心力是分散的。不像直機(jī)的槳，只有一個(gè)能產(chǎn)生集中的離心力形成陀螺性質(zhì)的慣性離心力，保持機(jī)身不容易很快的側(cè)翻掉。所以通常用到的舵機(jī)控制信號(hào)更新頻率很低。
四軸為了能夠快速反應(yīng)，以應(yīng)對(duì)姿態(tài)變化引起的飄移，需要高反應(yīng)速度的電調(diào)，常規(guī)PPM電調(diào)的更新速度只有50Hz左右，滿足不了這種控制所需要的速度，且PPM電調(diào)MCU內(nèi)置PID穩(wěn)速控制，能對(duì)常規(guī)航模提供順滑的轉(zhuǎn)速變化特性，用在四軸上就不合適了，四軸需要的是快速反應(yīng)的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化。用高速專用電調(diào)，IIC總線接口傳送控制信號(hào)，可達(dá)到每秒幾百上千次的電機(jī)轉(zhuǎn)速變化，在四軸飛行時(shí)，姿態(tài)時(shí)刻能夠保持穩(wěn)定。即使受到外力突然沖擊，依舊安然無恙。
航模直流無刷電機(jī)的使用壽命一般比較短，航模電機(jī)壽命是按小時(shí)計(jì)算的普通電機(jī)是按年計(jì)算的所以航模電機(jī)很多瞬間是工作在峰值功率上的，標(biāo)注方式不同，航模標(biāo)注的是最大功率，一般電機(jī)標(biāo)注的是額定功率，航模電機(jī)要是一直以最大功率工作，電機(jī)壽命只能按分鐘計(jì)了。
航模無刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)，廣泛應(yīng)用于高檔錄音座、錄像機(jī)、電子儀器及自動(dòng)化辦公設(shè)備中。
無刷直流電動(dòng)機(jī)由永磁體轉(zhuǎn)子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉(zhuǎn)子位置的變化，沿著一定次序?qū)Χㄗ永@組的電流進(jìn)行換流（即檢測(cè)轉(zhuǎn)子磁極相對(duì)定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號(hào)，經(jīng)信號(hào)轉(zhuǎn)換電路處理后去控制功率開關(guān)電路，按一定的邏輯關(guān)系進(jìn)行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關(guān)電路提供。
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