1 有刷電機的工作原理

 

有刷電機是大家最早接觸的一類電機，中學時物理課堂上介紹電動機也是以它為模型來展示的。有刷電機的主要結構就是定子+轉子+電刷，通過旋轉磁場獲得轉動力矩

，從而輸出動能。電刷與換向器不斷接觸摩擦，在轉動中起到導電和換相作用。

 

 

有刷電機采用機械換向，磁極不動
，線圈旋轉。電機工作時
，線圈和換向器旋轉
，磁鋼和碳刷不轉，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉動的換相器和電刷來完成的。

 

zaiyoushuadianjizhong，zhegeguochengshijianggezuxianquandelianggedianyuanshuruduan，yicipaichengyigehuan，xianghuzhijianyongjueyuancailiaofenge


，zuchengyigexiangyuanzhutidedongxi，yudianjizhoulianchengyiti，dianyuantongguolianggetanyuansuzuochengdexiaozhuzi（碳刷）
，在彈簧壓力的作用下，從兩個特定的固定位置
，壓在上麵線圈電源輸入環狀圓柱上的兩點，給一組線圈通電。

 

隨著電機轉動
，不同時刻給不同線圈或同一個線圈的不同的兩極通電，使得線圈產生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產生力量，推動電機轉動。碳電極在線圈接線頭上滑動，象刷子在物體表麵刷，因此叫碳“刷”。

 

相互滑動
，會摩擦碳刷

，造成損耗，需要定期更換碳刷；碳刷與線圈接線頭之間通斷交替，會發生電火花
，產生電磁破
，幹擾電子設備。

 

2 無刷電機工作原理

 

無刷電機中，換相的工作交由控製器中的控製電路（一般為霍爾傳感器+控製器，更先進的技術是磁編碼器）來完成。

 

 

無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)采(cai)取(qu)電(dian)子(zi)換(huan)向(xiang)，線(xian)圈(quan)不(bu)動(dong)，磁(ci)極(ji)旋(xuan)轉(zhuan)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)，是(shi)使(shi)用(yong)一(yi)套(tao)電(dian)子(zi)設(she)備(bei)，通(tong)過(guo)霍(huo)爾(er)元(yuan)件(jian)
，感(gan)知(zhi)永(yong)磁(ci)體(ti)磁(ci)極(ji)的(de)位(wei)置(zhi)
，根(gen)據(ju)這(zhe)種(zhong)感(gan)知(zhi)，使(shi)用(yong)電(dian)子(zi)線(xian)路(lu)，適(shi)時(shi)切(qie)換(huan)線(xian)圈(quan)中(zhong)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)，保(bao)證(zheng)產(chan)生(sheng)正(zheng)確(que)方(fang)向(xiang)的(de)磁(ci)力(li)，來(lai)驅(qu)動(dong)電(dian)機(ji)。消(xiao)除(chu)了(le)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)缺(que)點(dian)。

 

zhexiedianlu，jiushidianjikongzhiqi。wushuadianjidekongzhiqi，haikeyishixianyixieyoushuadianjibunengshixiandegongneng，birutiaozhengdianyuanqiehuanjiao，zhidongdianji，shidianjifanzhuan，suozhudianji


，liyongshachexinhao，tingzhigeidianjigongdian。xianzaidianpingchededianzibaojingsuo
，jiuchongfenliyonglezhexiegongneng。

 

wushuazhiliudianjiyoudiandongjizhutihequdongqizucheng，shiyizhongdianxingdejidianyitihuachanpin。youyuwushuazhiliudiandongjishiyizikongshiyunxingde
，suoyibuhuixiangbianpintiaosuxiazhongzaiqidongdetongbudianjinayangzaizhuanzishanglingjiaqidongraozu

，yebuhuizaifuzaitubianshichanshengzhendangheshibu。

 

3 有刷電機與無刷電機調速方式的區別

 

shijishangliangzhongdianjidekongzhidoushitiaoya，zhishiyouyuwushuazhiliucaiyongledianzihuanxiang，suoyiyaoyoushuzikongzhicaikeyishixianle
，eryoushuazhiliushitongguotanshuahuanxiangde，liyongkekongguichuantongmonidianludoukeyikongzhi，bijiaojiandan。

 

1、youshuamadatiaosuguochengshitiaozhengmadagongdiandianyuandianyadegaodi。tiaozhenghoudedianyadianliutongguozhengliuzijidianshuadizhuanhuan
，gaibiandianjichanshengdecichangqiangruo，dadaogaibianzhuansudemude。zheyiguochengbeichengzhiweibianyatiaosu。

 

2、無刷馬達調速過程是馬達的供電電源的電壓不變，改變電調的控製信號
，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關速率，來實現轉速的改變。這一過程被稱之為變頻調速。

 

4 性能差別

 

TI的一個介紹視頻關於有刷電機與無刷電機的對比，如下圖所示
，很完整。

 

 

1. 有刷電機結構簡單、開發時間久、技術成熟

 

早zao在zai十shi九jiu紀ji誕dan生sheng電dian機ji的de時shi候hou，產chan生sheng的de實shi用yong性xing電dian機ji就jiu是shi無wu刷shua形xing式shi，即ji交jiao流liu鼠shu籠long式shi異yi步bu電dian動dong機ji，這zhe種zhong電dian動dong機ji在zai交jiao流liu電dian產chan生sheng以yi後hou得de到dao了le廣guang泛fan的de應ying用yong。但dan是shi，異yi步bu電dian動dong機ji有you許xu多duo無wu法fa克ke服fu的de缺que陷xian，以yi致zhi電dian機ji技ji術shu發fa展zhan緩huan慢man。尤you其qi是shi直zhi流liu無wu刷shua電dian機ji一yi直zhi無wu法fa投tou入ru商shang業ye運yun營ying，伴ban隨sui著zhe電dian子zi技ji術shu的de日ri新xin月yue異yi，直zhi至zhi近jin幾ji年nian才cai慢man慢man投tou入ru商shang業ye運yun營ying，就jiu其qi實shi質zhi來lai說shuo依yi然ran屬shu於yu交jiao流liu電dian機ji範fan疇chou。

 

無刷電機誕生不久
，人們就發明了直流有刷電機。由於直流有刷電機機構簡單
，生產加工容易，維修方便

，容易控製
；直流電機還具有響應快速、較大的起動轉矩、從零轉速至額定轉速具備可提供額定轉矩的性能，所以一經問世就得到了廣泛應用。

 

2. 直流有刷電機響應速度快，起動扭矩大

 

zhiliuyoushuadianjiqidongxiangyingsudukuai，qidongniujuda，biansupingwen，suduconglingdaozuidajihuganjiaobudaozhendong
，qidongshikedaidonggengdadefuhe。wushuadianjiqidongdianzuda（感抗），所以功率因素小，起動扭矩相對較小
，起動時有嗡嗡聲，並伴隨著強烈震動
，起動時帶動負荷較小。

 

3. 直流有刷電機運行平穩，起
、製動效果好

 

youshuadianjishitongguotiaoyatiaosu，suoyiqidonghezhidongpingwen，hengsuyunxingshiyepingwen。wushuadianjitongchangshishuzibianpinkongzhi
，xianjiangjiaoliubianchengzhiliu
，zhiliuzaibianchengjiaoliu，tongguopinlvbianhuakongzhizhuansu，suoyiwushuadianjizaiqidonghezhidongshiyunxingbupingwen，zhendongda
，zhiyouzaisuduhengdingshicaihuipingwen。

 

4. 直流有刷電機控製精度高

 

直流有刷電機通常和減速箱、譯碼器一起使用
，使的電機的輸出功率更大，控製精度更高，控製精度可以達到0.01haomi，jihukeyirangyundongbujiantingzairenhexiangyaodedifang。suoyoujingmijichuangdoushicaiyongzhiliudianjikongzhijingdu。wushuadianjiyouyuzaiqidonghezhidongshibupingwen
，suoyiyundongbujianmeicidouhuitingdaobutongdeweizhishang，bixutongguodingweixiaohuoxianweiqicaikeyitingzaixiangyaodeweizhishang。

 

5. zhiliuyoushuadianjishiyongchengbendi，weixiufangbian。youyuzhiliuyoushuadianjijiegoujiandan
，shengchanchengbendi
，shengchanchangjiaduo

，jishubijiaochengshu，suoyiyingyongyebijiaoguangfan

，birugongchang
、加工機床、精(jing)密(mi)儀(yi)器(qi)等(deng)，如(ru)果(guo)電(dian)機(ji)故(gu)障(zhang)，隻(zhi)需(xu)更(geng)換(huan)碳(tan)刷(shua)即(ji)可(ke)
，每(mei)個(ge)碳(tan)刷(shua)隻(zhi)需(xu)要(yao)幾(ji)元(yuan)
，非(fei)常(chang)便(bian)宜(yi)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)技(ji)術(shu)不(bu)成(cheng)熟(shu)
，價(jia)格(ge)較(jiao)高(gao)，應(ying)用(yong)範(fan)圍(wei)有(you)限(xian)，主(zhu)要(yao)應(ying)在(zai)恒(heng)速(su)設(she)備(bei)上(shang)，比(bi)如(ru)變(bian)頻(pin)空(kong)調(tiao)
、冰箱等，無刷電機損壞隻能更換。

 

6. 無電刷、低幹擾

 

無刷電機去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉時產生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設備的幹擾。

 

7. 噪音低，運轉順暢

 

無刷電機沒有了電刷，運轉時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多

，這個優點對於模型運行穩定性是一個巨大的支持。

 

8. 壽命長
，低維護成本

 

少(shao)了(le)電(dian)刷(shua)，無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)磨(mo)損(sun)主(zhu)要(yao)是(shi)在(zai)軸(zhou)承(cheng)上(shang)了(le)
，從(cong)機(ji)械(xie)角(jiao)度(du)看(kan)，無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)幾(ji)乎(hu)是(shi)一(yi)種(zhong)免(mian)維(wei)護(hu)的(de)電(dian)動(dong)機(ji)了(le)，必(bi)要(yao)的(de)時(shi)候(hou)，隻(zhi)需(xu)做(zuo)一(yi)些(xie)除(chu)塵(chen)維(wei)護(hu)即(ji)可(ke)。

 

5 無刷電機控製原理

 

電機驅動控製就是控製電機的轉動或者停止

，以及轉動的速度。電機驅動控製部分也叫做電子調速器，簡稱電調，英文electronic speed controller（ESC）。電調對應使用的電機不同，分無刷電調和有刷電調。

 

有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)永(yong)磁(ci)體(ti)是(shi)固(gu)定(ding)不(bu)動(dong)的(de)
，線(xian)圈(quan)繞(rao)在(zai)轉(zhuan)子(zi)上(shang)
，通(tong)過(guo)一(yi)個(ge)電(dian)刷(shua)跟(gen)換(huan)相(xiang)器(qi)接(jie)觸(chu)間(jian)斷(duan)來(lai)改(gai)變(bian)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)來(lai)保(bao)持(chi)轉(zhuan)子(zi)持(chi)續(xu)轉(zhuan)動(dong)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)，顧(gu)名(ming)思(si)義(yi)，這(zhe)種(zhong)電(dian)機(ji)是(shi)沒(mei)有(you)所(suo)謂(wei)的(de)電(dian)刷(shua)和(he)換(huan)相(xiang)器(qi)的(de)，他(ta)的(de)轉(zhuan)子(zi)是(shi)永(yong)磁(ci)體(ti)
，而(er)線(xian)圈(quan)是(shi)固(gu)定(ding)不(bu)動(dong)的(de)，直(zhi)接(jie)接(jie)到(dao)外(wai)部(bu)電(dian)源(yuan)，問(wen)題(ti)就(jiu)來(lai)了(le)，線(xian)圈(quan)磁(ci)場(chang)方(fang)向(xiang)怎(zen)麼(me)改(gai)變(bian)呢(ne)
？事(shi)實(shi)上(shang)
，無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)外(wai)部(bu)還(hai)需(xu)要(yao)一(yi)個(ge)電(dian)子(zi)調(tiao)速(su)器(qi)，這(zhe)個(ge)調(tiao)速(su)器(qi)說(shuo)白(bai)了(le)就(jiu)是(shi)一(yi)個(ge)電(dian)機(ji)驅(qu)動(dong)，它(ta)隨(sui)時(shi)都(dou)在(zai)改(gai)變(bian)著(zhe)固(gu)定(ding)線(xian)圈(quan)內(nei)部(bu)電(dian)流(liu)的(de)方(fang)向(xiang)，保(bao)證(zheng)它(ta)跟(gen)永(yong)磁(ci)體(ti)之(zhi)間(jian)的(de)作(zuo)用(yong)力(li)是(shi)相(xiang)互(hu)排(pai)斥(chi)，持(chi)續(xu)轉(zhuan)動(dong)得(de)以(yi)延(yan)續(xu)。

 

刷shua電dian機ji工gong作zuo可ke以yi不bu需xu要yao電dian調tiao
，直zhi接jie把ba電dian供gong給gei電dian機ji就jiu能neng夠gou工gong作zuo，但dan是shi這zhe樣yang無wu法fa控kong製zhi電dian機ji的de轉zhuan速su。無wu刷shua電dian機ji工gong作zuo必bi須xu要yao有you電dian調tiao
，否fou則ze是shi不bu能neng轉zhuan動dong的de。必bi須xu通tong過guo無wu刷shua電dian調tiao將jiang直zhi流liu電dian轉zhuan化hua為wei三san相xiang交jiao流liu電dian，輸shu給gei無wu刷shua電dian機ji才cai能neng轉zhuan動dong。

 

zuizaodediantiaokebushixiangxianzaidediantiaoyiyang，zuizaoquanshiyoushuadiantiao，shuodaozhenikenengyaowenle
，shenmeshiyoushuadiantiao
，hexianzaidewushuadiantiaoyoushenmequbie。shishishangzhechabieyakedalequle，youshuadiantiaohewushuadiantiaodoushigenjudianjilaishuode
，xianzaidianjidezhuanzi
，jiushinengzhuandongdebufenquanshicitiekuai，xianquanshidingzibuzhuandongde
，yinweizhezhongjianmeiyoutanshua，zhejiushiwushuadianji。eryoushuadianjine，gumingsiyijiushiyoutanshua
，suoyijiushiyoushuadianji，xiangwomenpingchangxiaohaiziwandeyiershikuaiqiandeyaokongcheyongdedianjijiushiyoushuadianji。diantiaojiushigenjuzheliangzhongdianjiermingmingdeyoushuadiantiaohewushuadiantiao。congzhuanyedejiaodulaijiangnejiushiyoushuadiantiaojiushishuchushizhiliudian，wushuadiantiaoshuchushisanxiangjiaoliudian。zhiliudianjiushiwomendianchilicunchudedian

，youzhengfujizhifen，womenjiayong220V的，用於手機充電器或者電腦的電源都是交流電。交流電就是帶有一定的頻率，通俗講就是一根線上正負
、正負的來回交換著；直流電就是正極是正極

，負極是負極。交流直流弄清楚了，那麼什麼又是“三相機”呢？理論講三相交流電是電的一種傳輸形式

，簡稱三相電
，是由3個頻率相同

、振幅相等、相位依次互差120度的交流電勢組成的電源。通俗的講，就是我們家用的三項交流電，除了電壓、頻率
、驅動角不同，其他都一樣，現在對於三相電和直流電都了解了吧。

 

 

無刷電調，輸入的是直流電，通過一個濾波電壓穩定電壓。然後分成倆兩路，一路是電調的BEC使用，BEC是給接收機與電調自身單片機供電使用的
，輸出至接收機的電源線就是信號線上的紅線和黑線，另一路是介入MOS管使用
，在這裏，電調上電，單片機開始啟動，驅動MOSguanzhendong，shidianjifachudididideshengyin。qidonghoudaiming
，youxiediantiaodaiyouyoumenxiaozhungongneng，zaijinrudaimingqianhuijianceyoumenweizhishizaigaohaishidihaishizhongjian，gaodehuajinrudiantiaoxingchengxiaozhun，zhongjiandehuakaishifachubaojingxinhao，dianjihuidididexiang，didehuahuijinruzhengchanggongzuozhuangtai。yiqiezhunbeijiuxuhou，diantiaoneidedanpianjihuigenjuPWM信xin號hao線xian上shang的de信xin號hao決jue定ding輸shu出chu電dian壓ya的de大da小xiao和he頻pin率lv的de高gao低di以yi及ji驅qu動dong方fang向xiang和he進jin角jiao多duo少shao來lai驅qu動dong電dian機ji的de轉zhuan速su，轉zhuan向xiang。這zhe就jiu是shi無wu刷shua電dian調tiao原yuan理li。在zai驅qu動dong電dian機ji運yun轉zhuan的de時shi候hou，電dian調tiao內nei共gong有you3組MOS管工作，每組2個(ge)極(ji)
，一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)正(zheng)極(ji)輸(shu)出(chu)，一(yi)個(ge)控(kong)製(zhi)負(fu)極(ji)輸(shu)出(chu)
，當(dang)正(zheng)極(ji)輸(shu)出(chu)時(shi)，負(fu)極(ji)不(bu)輸(shu)出(chu)

，負(fu)極(ji)輸(shu)出(chu)時(shi)

，正(zheng)極(ji)不(bu)輸(shu)出(chu)，這(zhe)樣(yang)子(zi)也(ye)就(jiu)形(xing)成(cheng)了(le)交(jiao)流(liu)電(dian)，同(tong)樣(yang)

，三(san)組(zu)都(dou)是(shi)這(zhe)樣(yang)工(gong)作(zuo)的(de)，它(ta)們(men)的(de)頻(pin)率(lv)是(shi)8000HZ。講到這，無刷電調也相當於一個工廠裏電機上使用的變頻器或者調速器。

 

 

電調的輸入是直流，通常由鋰電池來供電。輸出是三相交流，可以直接驅動電機。另外航模無刷電子調速器還有三根信號輸入線
，輸入PWM信號
，用於控製電機的轉速。對於航模
，尤其是四軸飛行器，由於其特殊性，需要專門的航模電調。

 

 

那na麼me為wei什shen麼me在zai四si軸zhou飛fei行xing器qi上shang需xu要yao專zhuan門men的de電dian調tiao呢ne，其qi有you什shen麼me特te別bie的de地di方fang？四si軸zhou飛fei行xing器qi有you四si個ge槳jiang，兩liang兩liang相xiang對dui呈cheng十shi字zi交jiao叉cha結jie構gou。在zai槳jiang的de轉zhuan向xiang上shang分fen正zheng轉zhuan和he反fan轉zhuan，這zhe樣yang可ke抵di消xiao單dan個ge槳jiang葉ye旋xuan轉zhuan引yin起qi的de自zi旋xuan問wen題ti。每mei個ge槳jiang的de直zhi徑jing很hen小xiao，四si個ge槳jiang轉zhuan動dong時shi的de離li心xin力li是shi分fen散san的de。不bu像xiang直zhi機ji的de槳jiang，隻zhi有you一yi個ge能neng產chan生sheng集ji中zhong的de離li心xin力li形xing成cheng陀tuo螺luo性xing質zhi的de慣guan性xing離li心xin力li
，保bao持chi機ji身shen不bu容rong易yi很hen快kuai的de側ce翻fan掉diao。所suo以yi通tong常chang用yong到dao的de舵duo機ji控kong製zhi信xin號hao更geng新xin頻pin率lv很hen低di。

 

四軸為了能夠快速反應，以應對姿態變化引起的飄移，需要高反應速度的電調
，常規PPM電調的更新速度隻有50Hz左右，滿足不了這種控製所需要的速度，且PPM電調MCU內置PID穩(wen)速(su)控(kong)製(zhi)，能(neng)對(dui)常(chang)規(gui)航(hang)模(mo)提(ti)供(gong)順(shun)滑(hua)的(de)轉(zhuan)速(su)變(bian)化(hua)特(te)性(xing)，用(yong)在(zai)四(si)軸(zhou)上(shang)就(jiu)不(bu)合(he)適(shi)了(le)，四(si)軸(zhou)需(xu)要(yao)的(de)是(shi)快(kuai)速(su)反(fan)應(ying)的(de)電(dian)機(ji)轉(zhuan)速(su)變(bian)化(hua)。用(yong)高(gao)速(su)專(zhuan)用(yong)電(dian)調(tiao)，IIC總zong線xian接jie口kou傳chuan送song控kong製zhi信xin號hao，可ke達da到dao每mei秒miao幾ji百bai上shang千qian次ci的de電dian機ji轉zhuan速su變bian化hua，在zai四si軸zhou飛fei行xing時shi
，姿zi態tai時shi刻ke能neng夠gou保bao持chi穩wen定ding。即ji使shi受shou到dao外wai力li突tu然ran衝chong擊ji，依yi舊jiu安an然ran無wu恙yang。

 

EMC是電子行業的一個重要領域
，具有嚴格的法規

，電機是EMI的重要來源。希望此文能加深廣大工程們對電機的理解，提前采取適當的措施來抑製EMI。

 

 

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