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云台为什么使用无刷电机

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手机看帖 9 1454
有小伙伴对上期云台工作原理中介绍到的电机部分比较感兴趣,今天就来具体讲解下。
在云台的结构组成中提到大部分云台使用的电机都是无刷电机,但是这是为什么呢?得先从电机的构成与其相应的分类说起:
一、有刷电机与无刷电机的构成
电动机,又名“马达”,主要由两部分组成:定子和转子
电机定子是电动机静止不动的部分,而转子则是电机中旋转的部分。转子转动为电机直接对外输出扭矩
有刷电机:因为“有两把刷子”,刷子也叫电刷,所以得名有刷电机;由定子、转子、换向器,和电刷构成
o  有刷电机的定子一般是永磁铁,大容量/功率的有刷电机一般采用电磁铁;
o  有刷电机的转子是线圈绕组,通电后在定子产生的磁场中受到安培力而绕轴心转动;
o  有刷电机的换向器是一对由导电材料制成的半环;
o  有刷电机的电刷通常是石墨材料,与换向器接触。
无刷电机:相较于有刷电机而言,因为没有电刷结构,故得名无刷电机;由定子、转子、电机驱动,和位置传感器构成
o  无刷电机的定子是由呈三角型分布的三个线圈绕组组成,通电时产生旋转磁场;
o  无刷电机的转子一般是由多个永磁铁贴片围成一圈,附着在电机外壳上组成;
o  无刷电机的电机驱动是控制模块,通过控制定子线圈电流分布,来调整定子产生的磁场方向和强度;
o  无刷电机的位置传感器负责感知转子位置变化,通过信号转换电路处理后去指挥电机驱动按照一定的逻辑顺序切换绕组电流。

这两种电机的具体工作原理又是什么?

有刷电机.png
有刷电机工作原理示意图


有刷电机工作原理:
1.   转子导体通电,在磁场中受安培力作用,顺时针旋转;
2.   旋转到中央位置时,电刷与换向器不接触,转子因为惯性继续保持顺时针旋转;
3.   转子在惯性作用下顺时针旋转一定程度后,换向器再次与电刷接触,实现转子导体电流换向;
4.   转子导体电流换向后,持续在磁场中受安培力作用,进行顺时针旋转
以上步骤循环往复,电机转子就不断旋转起来,对外输出动力,搭建有刷电机的基本模型。

有刷电机2.png
现实中的有刷电机

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无刷电机0.gif
无刷电机工作原理示意图

无刷电机工作原理:
1.   无刷电机位置传感器感知转子位置变化,电机驱动根据这些信号沿着一定逻辑顺序对定子绕组的电流进行换流;
2.   在电机驱动的控制下,无刷电机的三个绕组的电流按照一定顺序改变,使得定子生成一个不断旋转的磁场,近似等效为一个旋转的磁铁;
3.   转子的永磁铁受到定子旋转磁场的驱动,不断转动,对外输出动力。
无刷电机2.png
现实中的无刷电机: 绕组和永磁铁极数都更多

初步了解了两类电机的工作原理后,再简单地从下述7个方面来比较下两种电机的优劣:
效率:无刷电机由于没有电刷的摩擦损耗,效率高于有刷电机
启停平稳性:无刷电机启动电阻大(感抗),功率因素小,导致启动扭矩小,震动大,刹车时也一样;有刷电机则响应灵敏,启动扭矩大,变速平稳精准,震动小。
可靠性:由于无刷电机没有电刷摩擦损耗,因为很少出现故障,电机维护需求较少。
噪音:无刷电机没有没有电刷摩擦产生的噪音,定速运转时十分流畅,噪音大大减少。
成本:有刷电机结构简单,技术成熟,成本低廉。且对于控制精度极高的场合优势明显,而启动时的大扭矩,从启动到高转速都可以提供额定扭矩,因而在工业和动力应用较为广泛。
最大转速:由于没有电刷摩擦存在,设计时不用考虑电火花干扰和散热,无刷电机可以达到的最大转速远高于有刷电机。
体积:无刷电机的大小可以做得非常细小狭长,相比之下有刷电机则较大。

综合上述分析,得出以下总结:
无刷电机:免维护、效率高、体积小、成本高
有刷电机:要维护、效率低、体积大、成本低
云台电机作为精密设备,一般使用机载电池供电,造价较高,因此对可靠性和能效要求也相应较高。加之考虑到体积大小的问题,市面上所有的优质机载或手持云台,都清一色选用了成本较高,但更节能可靠的无刷电机。

对于电机有刷无刷,你怎么看?欢迎在评论区留言
无刷电机1.gif
评论
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玩玩osmo  Osmo Action认证用户 6-9 11:48 2#
有点深奥哦 消化一下
djiuser_tRaBdNs   6-11 01:50 3#
御2用的是无刷电机吗
楼主  机甲大师 RoboMaster S1认证用户 6-11 11:14 4#
djiuser_tRaBdNs6-11 01:50
御2用的是无刷电机吗
是哦 大疆的产品基本上都是无刷电机啦
大头弥勒   认证飞友 6-15 08:07 5#
主要是刷子卖完了
LZHH  Mavic 2 Pro认证用户 6-17 19:50 6#
你真皮!
djiuser_SzfKlFN  Mavic Air 2认证用户 6-18 18:11 7#
现在无人机都是无刷电机,有刷电机寿命有限
小新你别闹  Mavic 2 Pro认证用户 8-2 00:35 8#
大家好,这里是物理课补习班,物理老师没教明白的,都补补课吧!
落雨九月   8-25 15:47 9#
打一个标记,方便之后继续深化了解一下两者的区别,现在只是浅显的看了一下
Z丶阿文   9-14 20:57 10#
已累计飞行34431米
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