分享一些關(guān)于無刷電機(jī)工作原理的知識(shí)，保證只有高一物理知識(shí)的朋友才能看懂。希望有興趣的朋友能耐心往下看，互相學(xué)習(xí)！

首先我來復(fù)習(xí)幾個(gè)基本規(guī)則:左手規(guī)則，右手規(guī)則，右手螺旋規(guī)則。別傻了。稍后我會(huì)向你解釋。

左手定則是分析電機(jī)旋轉(zhuǎn)力的基礎(chǔ)，簡單的說就是磁場中的載流導(dǎo)體會(huì)受到力的作用。

三相線分開，電機(jī)可以輕松旋轉(zhuǎn)

三相線合并，電機(jī)旋轉(zhuǎn)阻力很大

右手螺旋尺，用右手握住通電的螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那么拇指所指的一端就是通電螺旋管的N極。

這個(gè)規(guī)律是判斷通電線圈極性的依據(jù)，紅色箭頭的方向就是電流方向。

看完三條規(guī)則，我們先來看看電機(jī)旋轉(zhuǎn)的基本原理。

第一部分:DC汽車模型

我們找到了一個(gè)中學(xué)物理已經(jīng)學(xué)過的DC運(yùn)動(dòng)模型，用磁回路分析法做了簡單的分析。

狀態(tài)1

當(dāng)電流作用于兩端線圈時(shí)，按照右手螺旋規(guī)律，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)指向右邊的外加磁感應(yīng)強(qiáng)度B(如粗箭頭所示)，而中間轉(zhuǎn)子會(huì)盡量保持其內(nèi)部磁感應(yīng)線方向與其外部磁感應(yīng)線方向一致，從而形成最短的閉合磁力線回路，使內(nèi)部轉(zhuǎn)子順時(shí)針旋轉(zhuǎn)。

當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場方向與外磁場方向垂直時(shí)，轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)力矩最大。注意這里說的是“力矩”最大，不是“力”最大。誠然，當(dāng)轉(zhuǎn)子磁場與外磁場同向時(shí)，作用在轉(zhuǎn)子上的磁力最大，但此時(shí)轉(zhuǎn)子處于水平狀態(tài)，力臂為0，所以不會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)。補(bǔ)充一下，力矩是力和臂的乘積。如果其中一個(gè)為零，則乘積為零。

當(dāng)轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)到水平位置時(shí)，由于慣性會(huì)繼續(xù)順時(shí)針旋轉(zhuǎn)，如果改變兩端螺線管的電流方向，如下圖所示，轉(zhuǎn)子會(huì)繼續(xù)順時(shí)針向前旋轉(zhuǎn)。

狀態(tài)2

如果兩個(gè)電磁閥的電流方向連續(xù)改變，內(nèi)轉(zhuǎn)子將繼續(xù)旋轉(zhuǎn)。這種改變電流方向的動(dòng)作叫做換向。附加一句:何時(shí)換相只與轉(zhuǎn)子位置有關(guān)，與其他任何量都沒有直接關(guān)系。

第二部分:三相兩極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

一般來說，定子的三相繞組有星形接線方式和三角形接線方式，最常用的是“三相星形接線的二二導(dǎo)通方式”，這里就用這個(gè)模型來簡單分析一下。

上圖為定子繞組的連接方式(轉(zhuǎn)子假設(shè)為雙極磁體，未顯示)，三個(gè)繞組通過中心連接點(diǎn)連接在一起呈“Y”形。整個(gè)電機(jī)引出三根線a、b、C..當(dāng)它們之間有電的時(shí)候，有六種情況，分別是AB，AC，BC，BA，CA，CB，CB。注意是有順序的。

我來看第一階段:AB相帶電

AB相通電時(shí)，A極線圈產(chǎn)生的磁感應(yīng)線方向顯示為紅色箭頭，B極方向顯示為藍(lán)色箭頭，所以合力方向顯示為綠色箭頭。假設(shè)有一個(gè)雙極磁鐵，按照“中間轉(zhuǎn)子會(huì)盡力保持其內(nèi)部磁感應(yīng)線與外部磁感應(yīng)線一致”，N極的方向會(huì)與綠色箭頭所示的方向重合。至于C，他暫時(shí)沒事干。

第二階段:交流相通電

第三階段:BC相通電

第三階段:BA相帶電

為了節(jié)省篇幅，我們不一一描述CACB的模型，可以自行類比。下面是中間磁鐵(轉(zhuǎn)子)的狀態(tài)圖:

每個(gè)過程轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)60度

完整的旋轉(zhuǎn)分六個(gè)過程完成，包括六次換向

第三部分:三相多繞組多極內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)

我們?cè)倏匆粋€(gè)復(fù)雜的點(diǎn)。圖(a)為三相九繞組六極(三對(duì)極)內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)，其繞組連接方式如圖(b)所示。從圖(b)可以看出，三相繞組也是在中點(diǎn)連在一起的，也屬于星形連接方式。一般來說，電機(jī)的繞組數(shù)量與永磁體的數(shù)量不一致(例如，用9繞組6極代替6繞組6極)，以防止定子的齒與轉(zhuǎn)子的磁鋼相吸并對(duì)齊。

其運(yùn)動(dòng)原理是轉(zhuǎn)子的N極和帶電繞組的S極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，而轉(zhuǎn)子的S極和帶電繞組的N極有對(duì)齊的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

即s和n相互吸引，并注意與以往分析方法的一些區(qū)別。

好吧，再幫你分析一下。

第一階段:AB相帶電

第二階段:交流相通電

第三階段:BC相通電

第四階段:BA電氣化

第五階段:CA上電

第六階段:斷路器電氣化

以上是六種不同的通電狀態(tài)，其中經(jīng)歷了五個(gè)旋轉(zhuǎn)過程。每個(gè)過程都是20度。

第四部分:外轉(zhuǎn)子無刷DC電機(jī)

在閱讀了內(nèi)轉(zhuǎn)子無刷DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)后，讓我們來看看外轉(zhuǎn)子。區(qū)別在于外轉(zhuǎn)子電機(jī)是將中心位置的磁鋼做成碎片，粘在外殼上。電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)，整個(gè)外殼轉(zhuǎn)動(dòng)，中間的線圈定子不動(dòng)。外轉(zhuǎn)子無刷DC電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量比內(nèi)轉(zhuǎn)子大很多(因?yàn)檗D(zhuǎn)子的主要質(zhì)量集中在外殼上)，所以轉(zhuǎn)速比內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)慢，KV值一般在幾百到幾千之間。它也是一種主要用于飛機(jī)模型的無刷電機(jī)

順便說一下。無刷電機(jī)的KV值定義為:轉(zhuǎn)速/V，即輸入電壓每增加1V，無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)速空增加。例如，標(biāo)稱值為1000KV的外轉(zhuǎn)子無刷電機(jī)的最大空負(fù)載速度為11000rpm(rpm表示每分鐘轉(zhuǎn)數(shù))。

同系列同尺寸的無刷電機(jī)，根據(jù)繞組匝數(shù)會(huì)表現(xiàn)出不同的KV特性。繞組匝數(shù)多，KV值低，最大輸出電流小，轉(zhuǎn)矩大；繞組匝數(shù)少，KV值高，最大輸出電流大，轉(zhuǎn)矩小。我之前測(cè)試過橫移機(jī)的2204電機(jī)的極限電流，單個(gè)電機(jī)可以超過25A，而2212系列電機(jī)甚至不能超過15A。

外轉(zhuǎn)子無刷DC電機(jī)的結(jié)構(gòu)

分析方法與內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)相似?？梢宰约悍治觥８鶕?jù)右手螺旋定理，可以判斷線圈的N/S極。轉(zhuǎn)子永磁體的N極與定子繞組的S極對(duì)齊，轉(zhuǎn)子永磁體的S極與定子繞組的N極對(duì)齊，從而驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)。

2212 1000kv無刷電機(jī)結(jié)構(gòu)分析

圖為DJI 2312S電機(jī)和XD 2212電機(jī)(解剖圖)

結(jié)構(gòu)如下:定子繞組固定在底座上，轉(zhuǎn)軸和外殼固定在一起形成轉(zhuǎn)子，軸承插在定子中間。

圖為xxd2212線圈拆卸圖

圖為12繞組14極(即7對(duì)極)電機(jī)繞組的繞組模式

后面顯示了兩相通電的六種情況?？梢钥闯?，雖然繞組和極數(shù)可以多種方式改變，但從電氣控制的角度來看，通電順序?qū)嶋H上是相同的，也就是說，外轉(zhuǎn)子和內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)都遵循AB->:AC->；BC->；BA->；CA->；斷路器序列通電并換向。當(dāng)然，如果要反轉(zhuǎn)電機(jī)，電子的方法是反向通電；物理方法直接切換任意兩行，假設(shè)A和B切換，那么順序是BA->:BC->；AC->；AB->；CB->；CA你有沒有注意到這里的順序完全顛倒了？

AB相通電

交流相位激勵(lì)

BC相通電

BA相通電

CA相通電

斷路器相位通電

應(yīng)該注意的是，由于每條引出線同時(shí)連接到兩個(gè)繞組，因此電流分為兩條路徑。這里為了盡可能簡化問題，下面的圖中只顯示了主電路的電流方向，而沒有顯示一個(gè)電路的電流，后面分析另一個(gè)電路的具體情況，涉及到電路檢測(cè)換向位置。

資料來源/DJI社區(qū)，作者:邵帥