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。

 

在(zai)有(you)刷(shua)電(dian)機(ji)中(zhong)，這(zhe)個(ge)過(guo)程(cheng)是(shi)將(jiang)各(ge)組(zu)線(xian)圈(quan)的(de)兩(liang)個(ge)電(dian)源(yuan)輸(shu)入(ru)端(duan)
，依(yi)次(ci)排(pai)成(cheng)一(yi)個(ge)環(huan)，相(xiang)互(hu)之(zhi)間(jian)用(yong)絕(jue)緣(yuan)材(cai)料(liao)分(fen)隔(ge)，組(zu)成(cheng)一(yi)個(ge)象(xiang)圓(yuan)柱(zhu)體(ti)的(de)東(dong)西(xi)，與(yu)電(dian)機(ji)軸(zhou)連(lian)成(cheng)一(yi)體(ti)
，電(dian)源(yuan)通(tong)過(guo)兩(liang)個(ge)碳(tan)元(yuan)素(su)做(zuo)成(cheng)的(de)小(xiao)柱(zhu)子(zi)（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。

 

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

 

實(shi)際(ji)上(shang)兩(liang)種(zhong)電(dian)機(ji)的(de)控(kong)製(zhi)都(dou)是(shi)調(tiao)壓(ya)
，隻(zhi)是(shi)由(you)於(yu)無(wu)刷(shua)直(zhi)流(liu)采(cai)用(yong)了(le)電(dian)子(zi)換(huan)向(xiang)

，所(suo)以(yi)要(yao)有(you)數(shu)字(zi)控(kong)製(zhi)才(cai)可(ke)以(yi)實(shi)現(xian)了(le)
，而(er)有(you)刷(shua)直(zhi)流(liu)是(shi)通(tong)過(guo)碳(tan)刷(shua)換(huan)向(xiang)的(de)，利(li)用(yong)可(ke)控(kong)矽(gui)傳(chuan)統(tong)模(mo)擬(ni)電(dian)路(lu)都(dou)可(ke)以(yi)控(kong)製(zhi)
，比(bi)較(jiao)簡(jian)單(dan)。

 

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、jingmiyiqideng
，ruguodianjiguzhang
，zhixugenghuantanshuajike，meigetanshuazhixuyaojiyuan
，feichangbianyi。wushuadianjijishubuchengshu
，jiagejiaogao
，yingyongfanweiyouxian
，zhuyaoyingzaihengsushebeishang
，birubianpinkongtiao、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

 

shaoledianshua，wushuadianjidemosunzhuyaoshizaizhouchengshangle，congjixiejiaodukan
，wushuadianjijihushiyizhongmianweihudediandongjile，biyaodeshihou，zhixuzuoyixiechuchenweihujike。

 

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(yong)220V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MOS管guan震zhen動dong
，使shi電dian機ji發fa出chu滴di滴di滴di的de聲sheng音yin。啟qi動dong後hou待dai命ming
，有you些xie電dian調tiao帶dai有you油you門men校xiao準zhun功gong能neng，在zai進jin入ru待dai命ming前qian會hui監jian測ce油you門men位wei置zhi是shi在zai高gao還hai是shi低di還hai是shi中zhong間jian
，高gao的de話hua進jin入ru電dian調tiao行xing程cheng校xiao準zhun
，中zhong間jian的de話hua開kai始shi發fa出chu報bao警jing信xin號hao，電dian機ji會hui滴di滴di的de響xiang
，低di的de話hua會hui進jin入ru正zheng常chang工gong作zuo狀zhuang態tai。一yi切qie準zhun備bei就jiu緒xu後hou，電dian調tiao內nei的de單dan片pian機ji會hui根gen據juPWMxinhaoxianshangdexinhaojuedingshuchudianyadedaxiaohepinlvdegaodiyijiqudongfangxianghejinjiaoduoshaolaiqudongdianjidezhuansu
，zhuanxiang。zhejiushiwushuadiantiaoyuanli。zaiqudongdianjiyunzhuandeshihou


，diantiaoneigongyou3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。

 

 

nameweishenmezaisizhoufeixingqishangxuyaozhuanmendediantiaone，qiyoushenmetebiededifang
？sizhoufeixingqiyousigejiang，liangliangxiangduichengshizijiaochajiegou。zaijiangdezhuanxiangshangfenzhengzhuanhefanzhuan
，zheyangkedixiaodangejiangyexuanzhuanyinqidezixuanwenti。meigejiangdezhijinghenxiao，sigejiangzhuandongshidelixinlishifensande。buxiangzhijidejiang，zhiyouyigenengchanshengjizhongdelixinlixingchengtuoluoxingzhideguanxinglixinli，baochijishenburongyihenkuaidecefandiao。suoyitongchangyongdaodeduojikongzhixinhaogengxinpinlvhendi。

 

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。

 

 

推薦閱讀：