直流无刷电机简介

直流无刷电机简介

一、 简介

直流无刷电机（简称BLDC）是随着半导体电子技术发展而出现的机电一体化电机，是永磁式同步电机的一种。

直流无刷电机与直流有刷电机的区别：直流有刷电机利用电枢绕组旋转换向；直流无刷电机是采用半导体开关器件来实现电子换向并磁钢旋转的电机。

直流有刷电机是利用碳刷进行换向的，碳刷换向存在的缺点：

1. 机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短；
2. 结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护；
3. 由于换向器存在，限制了转子惯量的进一步下降，影响了动态性能。

直流无刷电机是通过电子换向达到电机连续运转目的。具有可靠性高、无换向火花、机械噪声低等优点。

直流无刷电机的换向模式分为方波和正弦波驱动，就其位置传感器和控制电路来说，方波驱动相对简单、价廉而得到广泛利用。

二、 技术优劣势

1）、技术优势：

a)、电子换向来代替传统的机械换向，性能可靠、永无磨损、故障率低，寿命比有刷电机提高了约6倍，代表了电动车的发展方向；

b)、属静态电机，空载电流小；

c)、效率高；

d)、体积小。

2）、技术劣势

a)、需要电子控制器才能工作，增加了技术复杂性和成本、降低了可靠性。

b)、转子永磁材料限制了电机使用环境，不适用于高温环境。

c)、有明显的转矩波动，限制了电机在高性能伺服系统、低速度纹波系统的应用。

三、主要技术指标：

1）、额定电压：

直流无刷电机适合的工作电压。额定工作是由工作环境决定的。

2）、KV值：

直流无刷电机KV值是让用户可以直观的知道无刷电机在具体的工作电压下的具体转速。实际转速=KV值*工作电压，这就是KV的实际意义，就是在1V工作电压下每分钟的转速。无刷直流电机的转速与电压呈正比关系，电机的转速会随着电压上升而线性上升。KV值与匝数是呈反比例关系的。

3）、转矩与转速：

转矩：（力矩、扭矩）电机中转子产生的可以用来带动机械负载的驱动力矩，我们可以理解电机的力量。转速：电机每分钟的转速。

电机的转矩和转速在同一个电机内永远是一个此消彼长的关系，基本可以认为转矩和转速的乘积是一个定数，即同一个电机的转速越高，必定其转矩越低，相反也依然。

4）、最大电流和最大功率：

最大电流：电机能够承受并安全工作的最大电流。最大功率：电机能够承受并安全工作的最大功率 功率=电压*电流。

每个电机都有自己的力量上限，最大功率就是这个上限，如果工作情况超过了这个最大功率，就会导致电机高温烧毁。当然，这个最大功率也是指定了工作电压情况下得出的，如果是在更高的工作电压下，合理的最大功率也将提高。这是因为：Q=I²，导体的发热与电流的平方是正比关系，在更高的电压下，如果是同样的功率，电流将下降导致发热减少，使得最大功率增加。这也解释了为什么在专业的航拍飞行器上，大量使用22.2V甚至30V电池来驱动多轴飞行器，高压下的无刷电机，电流小、发热小、效率更高。

5）、槽极结构 （N：槽数，P：极数）

模型常见的内转子无刷电机结构有：3N2P（有感电机常用）、12N4P（大部分内转子电机）模型常见的外转子无刷电机结构有：9N6P、9N12P、12N8P、12N10P、12N14P、18N16P、24N20P。

模型用内转子无刷电机极数不高的原因：目前内转子电机多用于减速使用，所以要求的转速都比较高。电子转速=实际转速*电机极对数，电子控制器支持的最高电子转速往往都是一个定数，所以如果电机极对数太高的话，支持的最高电机转速就会下降，所以目前的内转子电机极数都是4以内。

关于12N4P内转子电机：属于整数槽电机，大量使用于模型内转子电机，电机使用单层绕组分布绕线。

模型用外转子电机都是分数槽电机，其结构特点和性能如下：

1、N必须是3的倍数，P必须是偶数（磁钢必须是成对的，所以必须是偶数）。

2、P数越小，最高转速越高。例如12N10P的最高转速肯定低于12N16P，反之亦然。

3、N比P大，则相对转速更高。9N6P最高转速肯定高于9N12P，反之亦然。

4、同样的N，P越大扭力越强。扭力，12N16P大于12N14P大于12N10P。

5、N和P之间不能整除，比如12N6P。

外转子槽极结构与应用领域：9N6P减速使用于400-500级别的直升机模型以及小型涵道、9N12P直驱使用于小型固定翼或者其他模型、12N8P减速使用于500-700直升机模型或者直驱使用于中大型涵道、12N10P减速使用于600-800直升机模型、12N14P直驱使用于大部分固定翼和船模，高于12槽结构的无刷电机多见于多轴飞行器。

四、有感电机与无感电机

有感电机的优势：运转精度高、启动平稳

有感电机的劣势：

1）、在高温、振动等条件下由于传感器的存在使系统的可靠性降低。

2）、传感器连接线多不便安装、易引起电磁干扰。

3）、传感器的安装精度直接影响电机运行性能，特别是在多极电机安装精度难以保证。

4）、占用空间，限制电机小型化。

无感电机的优点：结构简单、成本较低、安装方便

无感电机的缺点：转子位置检测精度降低，运转精度降低，启动不如有感电机平稳。

什么是有感电机：传统的无刷电机都安装有霍尔传感器，利用霍尔传感器检测转子位置实现转向。

什么是无感电机：去除霍尔传感器，利用电子控制器检测电机的反电动势变化从而确定转子位置实现转向。

五、外转子无刷与内转子无刷：

外转子无刷电机的优点：转动惯量大、转动平稳、转矩大、磁铁好固定。

外转子无刷电机的缺点：定子热量无法排出、内部工作环境部封闭，外部杂物可能进入电机内部影响运转。

内转子无刷电机的优点：绕组与外壳直接接触，热量可直接排出，电机内部与外部隔绝，避免外部杂物进入内部。

内转子无刷电机的缺点：扭矩不如外转子无刷电机、磁铁固定较为复杂。