我们常用的无刷电机里面究竟有些什么技术？

我们常用的无刷电机里面究竟有些什么技术？如何解释那些专业名词？各种参数和设备之间究竟有什么区别和联系呢？根据电机的结构和工作原理，可以将电机分为有刷电机和无刷电机，今天就带大家了解一下：

有刷电机

有刷电机也称为直流电机或者碳刷电机，是历史最悠久的电机类型，也是目前数量最多的电机类型。电机工作时，线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转。线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。这种电机具有造价相对较低、扭力高、结构简单、易维护等优点。不过由于结构限制，所以缺点也比较明显：

机械换向产生的火花会引起换向器和电刷摩擦，电磁干扰和噪声大、寿命短。

结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护。

由于换向器存在，限制了转子惯量的进一步下降，影响了动态性能。

在模界，主要应用于速度较慢和对震动不敏感的车模、船模上面，航模很少采用有刷电机。

图1：有刷电机工作原理
图源：Renesas Electronics

无刷电机无刷直流电机不使用机械的电刷装置，而是采用方波自控式永磁同步电机，以霍尔传感器取代碳刷换向器，以钕铁硼作为转子的永磁材料，性能上相较一般的传统直流电机有很大优势。其具有高效率、低能耗、低噪音、超长寿命、高可靠性、可伺服控制、无级变频调速等优点，至于缺点嘛……就是比有刷的贵、不好维护。无刷电机广泛应用于航模、高速车模和船模。 不过，单个的无刷电机并不是一套完整的动力系统。无刷电机往往都必须通过无刷控制器（也就是电调）的控制才能实现连续不断的运转。普通的碳刷电机旋转的是绕组，而无刷电机不论是外转子结构还是内转子结构，旋转的都是磁铁。所以任何一个电机都是由定子和转子共同构成的。

无刷电机的定子是产生旋转磁场的部分，能够支撑转子进行旋转，主要由硅钢片、漆包线、轴承、支撑件构成；而转子则是黏贴钕铁硼磁铁，是在定子旋转磁场的作用下进行旋转的部件，主要由转轴、磁铁、支持件构成。除此之外，定子与转子组成的磁极对数还影响着电机的转速与扭力。

图2：无刷电机工作原理

图源：硬件十万个为什么

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无刷电机的结构

图３：无刷电机的结构

图源：硬件十万个为什么

无刷电机的前盖、中盖、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，是无刷电机的重要组成部分。无刷电机的绝大部分性能参数都与磁铁相关，包括功率、转速、扭矩等。硅钢片：有槽无刷电机的重要组成部分。当然，无槽无刷电机是没有硅钢片的，但是目前绝大多数的无刷电机都是有槽的。它在整个系统中的作用主要是降低磁阻、参与磁路运转。转轴：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。

轴承：电机运转顺畅的保证。轴承可以分为滑动轴承和滚动轴承，而滚动轴承又可以细分为深沟球轴承、滚针轴承和角接触轴承等十大类，而目前大多数的无刷电机都是采用深沟球轴承。

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直流无刷电机的工作原理

直流无刷电机动力系统由转子、定子和位置传感器三部分组成。位置传感器按转子位置的变化，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。位置传感器有磁敏式、光电式和电磁式三种类型。

采用磁敏式位置传感器的直流无刷电动机，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。

采用光电式位置传感器的直流无刷电动机，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产生脉冲信号。

采用电磁式位置传感器的无刷直流电动机，是在定子组件上安装有电磁传感器部件（例如耦合变压器、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）。

图4：直流无刷电机工作原理
图源：Renesas Electronics

简单而言，直流无刷电机就是依靠改变输入到无刷电机定子线圈上的电流波交变频率和波形，在绕组线圈周围形成一个绕电机几何轴心旋转的磁场，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3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。

总的来说，无刷电机的结构是比较简单的，真正决定其使用性能的还是无刷电子调速器（也就是电调）。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无刷电机高出很多。