微型直流電機無刷馬達介紹

微型有刷電機

在微型電機中，根據結構與工作原理可以分為有刷直流電機和無刷直流電機。有刷電機的歷史最為悠久，也是至今使用最多的微型電機，微型電機運轉時，線圈與換向器旋轉，磁鋼和碳刷不轉，線圈電流方向的交替變化是隨著微型電機轉動的換向器和電刷來完成。微型電機價格較低，扭力高，結構簡單，易於維護。

不過由於有刷微型電機的結構限制，它的缺點也是非常明顯的，如機械換向會與電刷產生摩擦，有電磁幹擾，特別是大型的有刷直流電機噪聲大、需要經常更換電刷。

而無刷直流微電機是除了有刷電機之外使用較多的一種微型電機，它沒有採用電刷裝置，沒有了電刷的摩擦大大的增加了使用壽命，降低了微型電機的噪音，但是無刷微型電機價格比較貴，在航模產品應用比較多。

在控制方面必須通過電調控制才能實現不斷的運轉，碳刷微型電機旋轉是繞組，無刷電機無論是外轉子還是內轉子結構旋轉都是磁鐵。所以無論何種類型的微型電機都是定子和轉子共同組成的。

在無刷微型電機中，定子是產生旋轉磁場的部分，支撐轉子旋轉，主是是由矽鋼片、漆包線、軸承、支撐件構成，微型電機的轉子則是永磁體（黏貼釹鐵硼磁鐵），定子旋轉磁場作用進行旋轉的部件主要有轉軸、磁鐵、支撐件，定子和轉子組成的磁極對數還影響著微型電機的轉速和扭力。

無刷電機的前蓋、中殼、後蓋主要是整體結構件，起到構建電機整體結構的作用。但是外轉子無刷電機的外殼同時也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導磁性的物質構成。內轉子的外殼只是結構件，所以不限定材質。但是內轉子電機比外轉子電機多一個轉子鐵芯，這個轉子鐵芯的作用同樣也是起到磁路通路的作用。

磁鐵安裝在轉子上，是微型電機重要的部分，微型電機的性能參數和磁鐵相關，如功率、轉速、扭矩等；

矽鋼片是有槽微型電機的的重要部分，不過無槽微型電機是沒有矽鋼片的，但是應用多的微型電機還是有槽的居多，它在整個微型電機系統中主要起到降低磁組、參與磁路運轉的作用；

轉軸：是電機轉子的直接受力部分，轉軸的硬度必須能滿足轉子高速旋轉的要求。

無刷微型直流電機工作原理：微型電機的動力系統為轉子、定子、位置傳感器三個部分，位置傳感按轉子位置的變化沿著一定次序對定子繞組的電流進行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置，並在確定的位置處產生位置傳感信號，經信號轉換電路處理後去控制功率開關電路，按一定的邏輯關係進行繞組電流切換)。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。

微型電機位置傳感器有三種類型

1）磁敏式位置傳感器：，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極體、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用集成電路等）裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化；

2）光電式位置傳感器：在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉子上裝有遮光板，光源為發光二極體或小燈泡，轉子旋轉時，由於遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈衝信號；

3）電磁式位置傳感器：是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（如耦合變壓器、接近開關、LC諧振電路等），當永磁體轉子位置發生變化時，電磁效應將使電磁傳感器產生高頻調製信號（其幅值隨轉子位置而變化）。

簡單來講，微型電機是通過改變輸入定子線圈上電流波交變頻率和波形，微型電機繞組線圈周圍形成一個一個繞電機幾何軸心全轉的磁場，這個磁場驅動轉子上的永磁磁鋼轉動，電機就轉起來了，電機的性能和磁鋼數量、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小等因素有關，更與無刷電機的控制性能有很大關係，因為輸入的是直流電，電流需要電子調速器將其變成三相交流電，還需要從遙控器接收機那裡接收控制信號，控制電機的轉速以滿足模型使用需要。

所以說決定微型電機使用性能的是電子調速器，好的電調需要有單片機控制程序設計、電路設計、複雜加工工藝等過程的總體控制，所以一般來說價格要比普通微型電機高出很多。

微型直流電機電動勢：左手定則、右手定則、右手螺旋定則

微型電機電動勢

1）左手定則：讓磁感線穿過手掌正面，手指方向是電流方向，大拇指的方向是產生磁力方向，簡單說就是磁場中的載流導體，會受到力的作用；

2）右手定則：讓磁感線穿過掌心，大拇指方向為運動方向，手指方向為產生的電動勢方向，跟左手定則的相反，磁場中的導體因受到力的牽引切割磁感線產生電動勢。

3）右手螺旋定則：用右手握住通電螺線管，使四指彎曲與電流方向一致，那麼大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極，這個定則是通電線圈判斷極性的基礎，紅色箭頭方向即為電流方向。

微型電機轉動基本原理

圖①狀態：當兩頭的線圈通上電流時，根據右手螺旋定則，會產生方向指向右的外加磁感應強度B（如粗箭頭方向所示），而中間的轉子會儘量使自己內部的磁感線方向與外磁感線方向保持一致，以形成一個最短閉合磁力線迴路，這樣內轉子就會按順時針方向旋轉了；

當轉子磁場方向與外部磁場方向垂直時，轉子所受的轉動力矩最大。注意這裡說的是「力矩」最大，而不是「力」最大。誠然，在轉子磁場與外部磁場方向一致時，轉子所受磁力最大，但此時轉子呈水平狀態，力臂為0，當然也就不會轉動了。力矩是力與力臂的乘積。其中一個為零，乘積就為零了，當轉子轉到水平位置時，雖然不再受到轉動力矩的作用，但由於慣性原因，還會繼續順時針轉動，這時若改變兩頭螺線管的電流方向，如圖所示，轉子就會繼續順時針向前轉動。

圖②狀態：不斷改變兩頭螺線管的電流方向，內轉子就會不停轉起來了。改變電流方向的這一動作，就叫做換相（何時換相只與轉子的位置有關，而與其他任何量無直接關係）。

無刷微型直流電機參數

1）額定電壓：也就是微型電機合適的工作電機，微型電機適合的工作電機比較多，額定電壓是指定了負載條件得出的情況；

2）KV值：微型有刷電機是根據額定工作電壓來標註額定轉速的，無刷電機KV值概念，可以讓用戶直觀了解微型無刷電機在具體工作電壓下的轉速（實際轉速=KV值×工作電壓）；

3）轉矩：微型電機轉子產生可以用來帶動機械負載的驅動力矩，也就是微型電機的轉動力量；

4）轉速：也就是微型電機每分鐘的轉速；

5）最大電流：微型電機能承受並安全工作的最大電流；

6）最大功率：微型電機能承受並安全工作的最大功率（功率=電壓×電流）；

微型無刷電機功率與效率

微型電機輸出功率=轉速×扭矩，在同等功率下，轉矩和轉速的關係是此消彼長的，就是微型電機轉速越高，轉矩就越低，反之轉速越低，轉矩就越高，這個規律用於所有的微型電機，微型電機有自己的轉矩上線，最大功率就是這個上限，假如超過了這個最大功率，就會燒毀微型電機，這個最大功率也是指定工作電壓情況下得出的，假如更高的工作電壓，同理最大功率也會提高，公式Q=I2R導體的發熱與電流的平方是正比關係，在更高的電壓下，如果是同樣的功率，電流將下降導致發熱減少，使得最大功率增加。

無刷微型電機電壓與效率的關係

1）功率=電壓×電流；

2）發熱量=電流的平方×電阻。

由公式得出兩個結論：在同功率下，電壓越高電流越小，並推出：在同功率下，電壓越高發熱量越小。

微型電機的磁極對數：磁場的旋轉速度又稱同步轉速，它與三相電流的頻率和磁極對數p有關。若定子繞組，在任一時刻合成的磁場只有一對磁極(磁極對數p=1)，即只有兩個磁極，對只有一對磁極的旋轉磁場而言,三相電流變化一周,合成磁場也隨之旋轉一周，如果是50hz的交流電，旋轉磁場的同步轉速就是50轉/秒或3000轉/分，在工程技術中，常用轉/分（r/min）來表示轉速。如果定子繞組合成的磁場有兩對磁極(磁極對數p=2)，即有四個磁極，可以證明，電流變化一個周期，合成磁場在空間旋轉180度，由此可以得出：p對磁極旋轉磁場每分鐘的同步轉速為n=60f/p。當磁極對數一定時，如果改變交流電的頻率，則可改變旋轉磁場的同步轉速，這就是變頻調速的基本原理。由於電機的磁極是成對出現的，所以也常用極對數表示；

微型無刷電機的磁鐵：釹鐵硼磁鐵是我們生活中常見的黑乎乎的鐵氧體磁鐵磁性的3倍！當然了，價格更是鐵氧體磁鐵的10倍以上，無刷電機終歸屬於永磁電機，而永磁電機的功率、特點等特性完全取決於磁鐵。基本可以說吧，磁鐵的體積決定了微型電機的最大功率；

微型直流電機的矽鋼片：空氣是弱導磁的，但鐵是導磁的，矽鋼片的作用就是把磁鐵的磁路引導過來並形成迴路，這就需要電機磁阻(理解為電阻即可)比較小。