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。

 

 

wushuadianjicaiqudianzihuanxiang
，xianquanbudong，cijixuanzhuan。wushuadianji，shishiyongyitaodianzishebei，tongguohuoeryuanjian，ganzhiyongciticijideweizhi，genjuzhezhongganzhi，shiyongdianzixianlu，shishiqiehuanxianquanzhongdianliudefangxiang
，baozhengchanshengzhengquefangxiangdecili，laiqudongdianji。xiaochuleyoushuadianjidequedian。

 

這(zhe)些(xie)電(dian)路(lu)，就(jiu)是(shi)電(dian)機(ji)控(kong)製(zhi)器(qi)。無(wu)刷(shua)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)器(qi)
，還(hai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)一(yi)些(xie)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)不(bu)能(neng)實(shi)現(xian)的(de)功(gong)能(neng)，比(bi)如(ru)調(tiao)整(zheng)電(dian)源(yuan)切(qie)換(huan)角(jiao)，製(zhi)動(dong)電(dian)機(ji)
，使(shi)電(dian)機(ji)反(fan)轉(zhuan)，鎖(suo)住(zhu)電(dian)機(ji)，利(li)用(yong)刹(sha)車(che)信(xin)號(hao)
，停(ting)止(zhi)給(gei)電(dian)機(ji)供(gong)電(dian)。現(xian)在(zai)電(dian)瓶(ping)車(che)的(de)電(dian)子(zi)報(bao)警(jing)鎖(suo)，就(jiu)充(chong)分(fen)利(li)用(yong)了(le)這(zhe)些(xie)功(gong)能(neng)。

 

無wu刷shua直zhi流liu電dian機ji由you電dian動dong機ji主zhu體ti和he驅qu動dong器qi組zu成cheng，是shi一yi種zhong典dian型xing的de機ji電dian一yi體ti化hua產chan品pin。由you於yu無wu刷shua直zhi流liu電dian動dong機ji是shi以yi自zi控kong式shi運yun行xing的de，所suo以yi不bu會hui象xiang變bian頻pin調tiao速su下xia重zhong載zai啟qi動dong的de同tong步bu電dian機ji那na樣yang在zai轉zhuan子zi上shang另ling加jia啟qi動dong繞rao組zu，也ye不bu會hui在zai負fu載zai突tu變bian時shi產chan生sheng振zhen蕩dang和he失shi步bu。

 

3 有刷電機與無刷電機調速方式的區別

 

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

 

1、有(you)刷(shua)馬(ma)達(da)調(tiao)速(su)過(guo)程(cheng)是(shi)調(tiao)整(zheng)馬(ma)達(da)供(gong)電(dian)電(dian)源(yuan)電(dian)壓(ya)的(de)高(gao)低(di)。調(tiao)整(zheng)後(hou)的(de)電(dian)壓(ya)電(dian)流(liu)通(tong)過(guo)整(zheng)流(liu)子(zi)及(ji)電(dian)刷(shua)地(di)轉(zhuan)換(huan)
，改(gai)變(bian)電(dian)極(ji)產(chan)生(sheng)的(de)磁(ci)場(chang)強(qiang)弱(ruo)
，達(da)到(dao)改(gai)變(bian)轉(zhuan)速(su)的(de)目(mu)的(de)。這(zhe)一(yi)過(guo)程(cheng)被(bei)稱(cheng)之(zhi)為(wei)變(bian)壓(ya)調(tiao)速(su)。

 

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

 

zaozaishijiujidanshengdianjideshihou
，chanshengdeshiyongxingdianjijiushiwushuaxingshi，jijiaoliushulongshiyibudiandongji，zhezhongdiandongjizaijiaoliudianchanshengyihoudedaoleguangfandeyingyong。danshi
，yibudiandongjiyouxuduowufakefudequexian，yizhidianjijishufazhanhuanman。youqishizhiliuwushuadianjiyizhiwufatourushangyeyunying

，bansuizhedianzijishuderixinyueyi
，zhizhijinjiniancaimanmantourushangyeyunying
，jiuqishizhilaishuoyiranshuyujiaoliudianjifanchou。

 

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

 

直zhi流liu有you刷shua電dian機ji起qi動dong響xiang應ying速su度du快kuai，起qi動dong扭niu矩ju大da，變bian速su平ping穩wen，速su度du從cong零ling到dao最zui大da幾ji乎hu感gan覺jiao不bu到dao振zhen動dong，起qi動dong時shi可ke帶dai動dong更geng大da的de負fu荷he。無wu刷shua電dian機ji起qi動dong電dian阻zu大da（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0.01毫hao米mi

，幾ji乎hu可ke以yi讓rang運yun動dong部bu件jian停ting在zai任ren何he想xiang要yao的de地di方fang。所suo有you精jing密mi機ji床chuang都dou是shi采cai用yong直zhi流liu電dian機ji控kong製zhi精jing度du。無wu刷shua電dian機ji由you於yu在zai啟qi動dong和he製zhi動dong時shi不bu平ping穩wen
，所suo以yi運yun動dong部bu件jian每mei次ci都dou會hui停ting到dao不bu同tong的de位wei置zhi上shang

，必bi須xu通tong過guo定ding位wei銷xiao或huo限xian位wei器qi才cai可ke以yi停ting在zai想xiang要yao的de位wei置zhi上shang。

 

5. 直(zhi)流(liu)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)使(shi)用(yong)成(cheng)本(ben)低(di)，維(wei)修(xiu)方(fang)便(bian)。由(you)於(yu)直(zhi)流(liu)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)結(jie)構(gou)簡(jian)單(dan)，生(sheng)產(chan)成(cheng)本(ben)低(di)，生(sheng)產(chan)廠(chang)家(jia)多(duo)
，技(ji)術(shu)比(bi)較(jiao)成(cheng)熟(shu)，所(suo)以(yi)應(ying)用(yong)也(ye)比(bi)較(jiao)廣(guang)泛(fan)，比(bi)如(ru)工(gong)廠(chang)、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)。

 

最zui早zao的de電dian調tiao可ke不bu是shi像xiang現xian在zai的de電dian調tiao一yi樣yang
，最zui早zao全quan是shi有you刷shua電dian調tiao
，說shuo道dao這zhe你ni可ke能neng要yao問wen了le，什shen麼me是shi有you刷shua電dian調tiao，和he現xian在zai的de無wu刷shua電dian調tiao有you什shen麼me區qu別bie。事shi實shi上shang這zhe差cha別bie呀ya可ke大da了le去qu了le，有you刷shua電dian調tiao和he無wu刷shua電dian調tiao都dou是shi根gen據ju電dian機ji來lai說shuo的de


，現xian在zai電dian機ji的de轉zhuan子zi，就jiu是shi能neng轉zhuan動dong的de部bu分fen全quan是shi磁ci鐵tie塊kuai，線xian圈quan是shi定ding子zi不bu轉zhuan動dong的de，因yin為wei這zhe中zhong間jian沒mei有you碳tan刷shua
，這zhe就jiu是shi無wu刷shua電dian機ji。而er有you刷shua電dian機ji呢ne
，顧gu名ming思si義yi就jiu是shi有you碳tan刷shua
，所suo以yi就jiu是shi有you刷shua電dian機ji

，像xiang我wo們men平ping常chang小xiao孩hai子zi玩wan的de一yi二er十shi塊kuai錢qian的de遙yao控kong車che用yong的de電dian機ji就jiu是shi有you刷shua電dian機ji。電dian調tiao就jiu是shi根gen據ju這zhe兩liang種zhong電dian機ji而er命ming名ming的de有you刷shua電dian調tiao和he無wu刷shua電dian調tiao。從cong專zhuan業ye的de角jiao度du來lai講jiang呢ne就jiu是shi有you刷shua電dian調tiao就jiu是shi輸shu出chu時shi直zhi流liu電dian
，無wu刷shua電dian調tiao輸shu出chu是shi三san相xiang交jiao流liu電dian。直zhi流liu電dian就jiu是shi我wo們men電dian池chi裏li存cun儲chu的de電dian，有you正zheng負fu極ji之zhi分fen，我wo們men家jia用yong220V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2geji，yigekongzhizhengjishuchu，yigekongzhifujishuchu
，dangzhengjishuchushi
，fujibushuchu，fujishuchushi，zhengjibushuchu，zheyangziyejiuxingchenglejiaoliudian
，tongyang，sanzudoushizheyanggongzuode，tamendepinlvshi8000HZ。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，IICzongxianjiekouchuansongkongzhixinhao，kedadaomeimiaojibaishangqiancidedianjizhuansubianhua
，zaisizhoufeixingshi，zitaishikenenggoubaochiwending。jishishoudaowailituranchongji，yijiuanranwuyang。

 

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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