微型直流電機無(wú)刷馬達介紹

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(wú)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(shí)，線(xiàn)圈與換向器旋轉，磁鋼和碳刷不轉，線(xiàn)圈電流方向的交替變化是隨著(zhù)微型電機轉動(dòng)的換向器和電刷來(lái)完成。微型電機價(jià)格較低，扭力高，結構簡(jiǎn)單，易于維護。

不過(guò)由于有刷微型電機的結構限制，它的缺點(diǎn)也是非常明顯的，如機械換向會(huì )與電刷產(chǎn)生摩擦，有電磁干擾，特別是大型的有刷直流電機噪聲大、需要經(jīng)常更換電刷。

而無(wú)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(méi)有采用電刷裝置，沒(méi)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(wú)刷微型電機價(jià)格比較貴，在航模產(chǎn)品應用比較多。

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

在無(wú)刷微型電機中，定子是產(chǎn)生旋轉磁場(chǎng)的部分，支撐轉子旋轉，主是是由硅鋼片、漆包線(xiàn)、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(chǎng)作用進(jìn)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(zhù)微型電機的轉速和扭力。

無(wú)刷電機的前蓋、中殼、后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(wú)刷電機的外殼同時(shí)也是磁鐵的磁路通路，所以外殼必須是導磁性的物質(zhì)構成。內轉子的外殼只是結構件，所以不限定材質(zhì)。但是內轉子電機比外轉子電機多一個(gè)轉子鐵芯，這個(gè)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(guān)，如功率、轉速、扭矩等；

硅鋼片是有槽微型電機的的重要部分，不過(guò)無(wú)槽微型電機是沒(méi)有硅鋼片的，但是應用多的微型電機還是有槽的居多，它在整個(gè)微型電機系統中主要起到降低磁組、參與磁路運轉的作用；

轉軸是微型電機直接受力部分，它的硬度得滿(mǎn)足轉子高速旋轉需求。

轉軸：是電機轉子的直接受力部分，轉軸的硬度必須能滿(mǎn)足轉子高速旋轉的要求。

無(wú)刷微型直流電機工作原理：微型電機的動(dòng)力系統為轉子、定子、位置傳感器三個(gè)部分，位置傳感按轉子位置的變化沿著(zhù)一定次序對定子繞組的電流進(jìn)行換流(即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置，并在確定的位置處產(chǎn)生位置傳感信號，經(jīng)信號轉換電路處理后去控制功率開(kāi)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(kāi)關(guān)電路提供。

微型電機位置傳感器有三種類(lèi)型

1）磁敏式位置傳感器：，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專(zhuān)用集成電路等）裝在定子組件上，用來(lái)檢測永磁體、轉子旋轉時(shí)產(chǎn)生的磁場(chǎng)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(fā)光二極管或小燈泡，轉子旋轉時(shí)，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會(huì )按一定頻率間歇間生脈沖信號；

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(kāi)關(guān)、LC諧振電路等），當永磁體轉子位置發(fā)生變化時(shí)，電磁效應將使電磁傳感器產(chǎn)生高頻調制信號（其幅值隨轉子位置而變化）。

簡(jiǎn)單來(lái)講，微型電機是通過(guò)改變輸入定子線(xiàn)圈上電流波交變頻率和波形，微型電機繞組線(xiàn)圈周?chē)纬梢粋€(gè)一個(gè)繞電機幾何軸心全轉的磁場(chǎng)，這個(gè)磁場(chǎng)驅動(dòng)轉子上的永磁磁鋼轉動(dòng)，電機就轉起來(lái)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(guān)，更與無(wú)刷電機的控制性能有很大關(guān)系，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里接收控制信號，控制電機的轉速以滿(mǎn)足模型使用需要。

所以說(shuō)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、復雜加工工藝等過(guò)程的總體控制，所以一般來(lái)說(shuō)價(jià)格要比普通微型電機高出很多。

微型直流電機電動(dòng)勢：左手定則、右手定則、右手螺旋定則

1）左手定則：讓磁感線(xiàn)穿過(guò)手掌正面，手指方向是電流方向，大拇指的方向是產(chǎn)生磁力方向，簡(jiǎn)單說(shuō)就是磁場(chǎng)中的載流導體，會(huì )受到力的作用；

2）右手定則：讓磁感線(xiàn)穿過(guò)掌心，大拇指方向為運動(dòng)方向，手指方向為產(chǎn)生的電動(dòng)勢方向，跟左手定則的相反，磁場(chǎng)中的導體因受到力的牽引切割磁感線(xiàn)產(chǎn)生電動(dòng)勢。

3）右手螺旋定則：用右手握住通電螺線(xiàn)管，使四指彎曲與電流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通電螺旋管的N極，這個(gè)定則是通電線(xiàn)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(dòng)基本原理

圖①狀態(tài)：當兩頭的線(xiàn)圈通上電流時(shí)，根據右手螺旋定則，會(huì )產(chǎn)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(huì )盡量使自己內部的磁感線(xiàn)方向與外磁感線(xiàn)方向保持一致，以形成一個(gè)最短閉合磁力線(xiàn)回路，這樣內轉子就會(huì )按順時(shí)針?lè )较蛐D了；

當轉子磁場(chǎng)方向與外部磁場(chǎng)方向垂直時(shí)，轉子所受的轉動(dòng)力矩最大。注意這里說(shuō)的是“力矩”最大，而不是“力”最大。誠然，在轉子磁場(chǎng)與外部磁場(chǎng)方向一致時(shí)，轉子所受磁力最大，但此時(shí)轉子呈水平狀態(tài)，力臂為0，當然也就不會(huì )轉動(dòng)了。力矩是力與力臂的乘積。其中一個(gè)為零，乘積就為零了，當轉子轉到水平位置時(shí)，雖然不再受到轉動(dòng)力矩的作用，但由于慣性原因，還會(huì )繼續順時(shí)針轉動(dòng)，這時(shí)若改變兩頭螺線(xiàn)管的電流方向，如圖所示，轉子就會(huì )繼續順時(shí)針向前轉動(dòng)。

圖②狀態(tài)：不斷改變兩頭螺線(xiàn)管的電流方向，內轉子就會(huì )不停轉起來(lái)了。改變電流方向的這一動(dòng)作，就叫做換相（何時(shí)換相只與轉子的位置有關(guān)，而與其他任何量無(wú)直接關(guān)系）。

無(wú)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(lái)標注額定轉速的，無(wú)刷電機KV值概念，可以讓用戶(hù)直觀(guān)了解微型無(wú)刷電機在具體工作電壓下的轉速（實(shí)際轉速=KV值×工作電壓）；

3）轉矩：微型電機轉子產(chǎn)生可以用來(lái)帶動(dòng)機械負載的驅動(dòng)力矩，也就是微型電機的轉動(dòng)力量；

4）轉速：也就是微型電機每分鐘的轉速；

5）最大電流：微型電機能承受并安全工作的最大電流；

6）最大功率：微型電機能承受并安全工作的最大功率（功率=電壓×電流）；

微型無(wú)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(guān)系是此消彼長(cháng)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(gè)規律用于所有的微型電機，微型電機有自己的轉矩上線(xiàn)，最大功率就是這個(gè)上限，假如超過(guò)了這個(gè)最大功率，就會(huì )燒毀微型電機，這個(gè)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(huì )提高，公式Q=I2R導體的發(fā)熱與電流的平方是正比關(guān)系，在更高的電壓下，如果是同樣的功率，電流將下降導致發(fā)熱減少，使得最大功率增加。

無(wú)刷微型電機電壓與效率的關(guān)系

1）功率=電壓×電流；

2）發(fā)熱量=電流的平方×電阻。

由公式得出兩個(gè)結論：在同功率下，電壓越高電流越小，并推出：在同功率下，電壓越高發(fā)熱量越小。

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

微型無(wú)刷電機的磁鐵：釹鐵硼磁鐵是我們生活中常見(jiàn)的黑乎乎的鐵氧體磁鐵磁性的3倍！當然了，價(jià)格更是鐵氧體磁鐵的10倍以上，無(wú)刷電機終歸屬于永磁電機，而永磁電機的功率、特點(diǎn)等特性完全取決于磁鐵?；究梢哉f(shuō)吧，磁鐵的體積決定了微型電機的最大功率；

微型直流電機的硅鋼片：空氣是弱導磁的，但鐵是導磁的，硅鋼片的作用就是把磁鐵的磁路引導過(guò)來(lái)并形成回路，這就需要電機磁阻(理解為電阻即可)比較小。