微型直流电机无刷马达介绍

在微型电机中，根据结构与工作原理可以分为有刷直流电机和无刷直流电机。有刷电机的历史最为悠久，也是至今使用最多的微型电机，微型电机运转时，线圈与换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随着微型电机转动的换向器和电刷来完成。微型电机价格较低，扭力高，结构简单，易于维护。

不过由于有刷微型电机的结构限制，它的缺点也是非常明显的，如机械换向会与电刷产生摩擦，有电磁干扰，特别是大型的有刷直流电机噪声大、需要经常更换电刷。

而无刷直流微电机是除了有刷电机之外使用较多的一种微型电机，它没有采用电刷装置，没有了电刷的摩擦大大的增加了使用寿命，降低了微型电机的噪音，但是无刷微型电机价格比较贵，在航模产品应用比较多。

在控制方面必须通过电调控制才能实现不断的运转，碳刷微型电机旋转是绕组，无刷电机无论是外转子还是内转子结构旋转都是磁铁。所以无论何种类型的微型电机都是定子和转子共同组成的。

在无刷微型电机中，定子是产生旋转磁场的部分，支撑转子旋转，主是是由硅钢片、漆包线、轴承、支撑件构成，微型电机的转子则是永磁体（黏贴钕铁硼磁铁），定子旋转磁场作用进行旋转的部件主要有转轴、磁铁、支撑件，定子和转子组成的磁极对数还影响着微型电机的转速和扭力。

无刷电机的前盖、中壳、后盖主要是整体结构件，起到构建电机整体结构的作用。但是外转子无刷电机的外壳同时也是磁铁的磁路通路，所以外壳必须是导磁性的物质构成。内转子的外壳只是结构件，所以不限定材质。但是内转子电机比外转子电机多一个转子铁芯，这个转子铁芯的作用同样也是起到磁路通路的作用。

磁铁安装在转子上，是微型电机重要的部分，微型电机的性能参数和磁铁相关，如功率、转速、扭矩等；

硅钢片是有槽微型电机的的重要部分，不过无槽微型电机是没有硅钢片的，但是应用多的微型电机还是有槽的居多，它在整个微型电机系统中主要起到降低磁组、参与磁路运转的作用；

转轴是微型电机直接受力部分，它的硬度得满足转子高速旋转需求。

转轴：是电机转子的直接受力部分，转轴的硬度必须能满足转子高速旋转的要求。

无刷微型直流电机工作原理：微型电机的动力系统为转子、定子、位置传感器三个部分，位置传感按转子位置的变化沿着一定次序对定子绕组的电流进行换流(即检测转子磁极相对定子绕组的位置，并在确定的位置处产生位置传感信号，经信号转换电路处理后去控制功率开关电路，按一定的逻辑关系进行绕组电流切换)。定子绕组的工作电压由位置传感器输出控制的电子开关电路提供。

微型电机位置传感器有三种类型

1）磁敏式位置传感器：，其磁敏传感器件（例如霍尔元件、磁敏二极管、磁敏诂极管、磁敏电阻器或专用集成电路等）装在定子组件上，用来检测永磁体、转子旋转时产生的磁场变化；

2）光电式位置传感器：在定子组件上按一定位置配置了光电传感器件，转子上装有遮光板，光源为发光二极管或小灯泡，转子旋转时，由于遮光板的作用，定子上的光敏元器件将会按一定频率间歇间生脉冲信号；

3）电磁式位置传感器：是在定子组件上安装有电磁传感器部件（如耦合变压器、接近开关、LC谐振电路等），当永磁体转子位置发生变化时，电磁效应将使电磁传感器产生高频调制信号（其幅值随转子位置而变化）。

简单来讲，微型电机是通过改变输入定子线圈上电流波交变频率和波形，微型电机绕组线圈周围形成一个一个绕电机几何轴心全转的磁场，这个磁场驱动转子上的永磁磁钢转动，电机就转起来了，电机的性能和磁钢数量、磁钢磁通强度、电机输入电压大小等因素有关，更与无刷电机的控制性能有很大关系，因为输入的是直流电，电流需要电子调速器将其变成三相交流电，还需要从遥控器接收机那里接收控制信号，控制电机的转速以满足模型使用需要。

所以说决定微型电机使用性能的是电子调速器，好的电调需要有单片机控制程序设计、电路设计、复杂加工工艺等过程的总体控制，所以一般来说价格要比普通微型电机高出很多。

微型直流电机电动势：左手定则、右手定则、右手螺旋定则

1）左手定则：让磁感线穿过手掌正面，手指方向是电流方向，大拇指的方向是产生磁力方向，简单说就是磁场中的载流导体，会受到力的作用；

2）右手定则：让磁感线穿过掌心，大拇指方向为运动方向，手指方向为产生的电动势方向，跟左手定则的相反，磁场中的导体因受到力的牵引切割磁感线产生电动势。

3）右手螺旋定则：用右手握住通电螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么大拇指所指的那一端就是通电螺旋管的N极，这个定则是通电线圈判断极性的基础，红色箭头方向即为电流方向。

微型电机转动基本原理

图①状态：当两头的线圈通上电流时，根据右手螺旋定则，会产生方向指向右的外加磁感应强度B（如粗箭头方向所示），而中间的转子会尽量使自己内部的磁感线方向与外磁感线方向保持一致，以形成一个最短闭合磁力线回路，这样内转子就会按顺时针方向旋转了；

当转子磁场方向与外部磁场方向垂直时，转子所受的转动力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大，而不是“力”最大。诚然，在转子磁场与外部磁场方向一致时，转子所受磁力最大，但此时转子呈水平状态，力臂为0，当然也就不会转动了。力矩是力与力臂的乘积。其中一个为零，乘积就为零了，当转子转到水平位置时，虽然不再受到转动力矩的作用，但由于惯性原因，还会继续顺时针转动，这时若改变两头螺线管的电流方向，如图所示，转子就会继续顺时针向前转动。

图②状态：不断改变两头螺线管的电流方向，内转子就会不停转起来了。改变电流方向的这一动作，就叫做换相（何时换相只与转子的位置有关，而与其他任何量无直接关系）。

无刷微型直流电机参数

1）额定电压：也就是微型电机合适的工作电机，微型电机适合的工作电机比较多，额定电压是指定了负载条件得出的情况；

2）KV值：微型有刷电机是根据额定工作电压来标注额定转速的，无刷电机KV值概念，可以让用户直观了解微型无刷电机在具体工作电压下的转速（实际转速=KV值×工作电压）；

3）转矩：微型电机转子产生可以用来带动机械负载的驱动力矩，也就是微型电机的转动力量；

4）转速：也就是微型电机每分钟的转速；

5）最大电流：微型电机能承受并安全工作的最大电流；

6）最大功率：微型电机能承受并安全工作的最大功率（功率=电压×电流）；

微型无刷电机功率与效率

微型电机输出功率=转速×扭矩，在同等功率下，转矩和转速的关系是此消彼长的，就是微型电机转速越高，转矩就越低，反之转速越低，转矩就越高，这个规律用于所有的微型电机，微型电机有自己的转矩上线，最大功率就是这个上限，假如超过了这个最大功率，就会烧毁微型电机，这个最大功率也是指定工作电压情况下得出的，假如更高的工作电压，同理最大功率也会提高，公式Q=I2R导体的发热与电流的平方是正比关系，在更高的电压下，如果是同样的功率，电流将下降导致发热减少，使得最大功率增加。

无刷微型电机电压与效率的关系

1）功率=电压×电流；

2）发热量=电流的平方×电阻。

由公式得出两个结论：在同功率下，电压越高电流越小，并推出：在同功率下，电压越高发热量越小。

微型电机的磁极对数：磁场的旋转速度又称同步转速，它与三相电流的频率和磁极对数p有关。若定子绕组，在任一时刻合成的磁场只有一对磁极(磁极对数p=1)，即只有两个磁极，对只有一对磁极的旋转磁场而言,三相电流变化一周,合成磁场也随之旋转一周，如果是50hz的交流电，旋转磁场的同步转速就是50转/秒或3000转/分，在工程技术中，常用转/分（r/min）来表示转速。如果定子绕组合成的磁场有两对磁极(磁极对数p=2)，即有四个磁极，可以证明，电流变化一个周期，合成磁场在空间旋转180度，由此可以得出：p对磁极旋转磁场每分钟的同步转速为n=60f/p。当磁极对数一定时，如果改变交流电的频率，则可改变旋转磁场的同步转速，这就是变频调速的基本原理。由于电机的磁极是成对出现的，所以也常用极对数表示；

微型无刷电机的磁铁：钕铁硼磁铁是我们生活中常见的黑乎乎的铁氧体磁铁磁性的3倍！当然了，价格更是铁氧体磁铁的10倍以上，无刷电机终归属于永磁电机，而永磁电机的功率、特点等特性完全取决于磁铁。基本可以说吧，磁铁的体积决定了微型电机的最大功率；

微型直流电机的硅钢片：空气是弱导磁的，但铁是导磁的，硅钢片的作用就是把磁铁的磁路引导过来并形成回路，这就需要电机磁阻(理解为电阻即可)比较小。