立迈胜-智能控制、驱动未来

一、电机的出现和广泛应用

纵观人类科技发展史，其实某种意义上可以说是一部“人类的偷懒史”：为了“偷懒”，人类创造出了整个科技文明

为了少写字（提高效率），人类发明了印刷术，在这之前，想要复制一本文献，可是得一字一字手动誊抄的，这项发明不仅帮助人类成功“偷懒”，避免了腱鞘炎的风险，更避免了以往手工誊抄中错抄、漏抄的弊端，提高了效率；

为了少走路，使用人力、畜力、风力作为交通工具的动力，直到詹姆斯·瓦特（James Watt）于1769年改进了纽科门蒸汽机，人类交通运输才进入了快速发展的时期；后来第二次工业革命中电力的广泛应用和今天的主角无刷电机的“老前辈”——早期电动机的出现又逐渐代替了蒸汽机的使用并一直发展至今，不论工业应用还是日常生活，电机已成为人类生活中不可缺少的一部分。

二、初识电机

那么电机究竟都有哪些种类又该如何区分呢？

电机的种类很多，根据电机的结构分类，可以分为有刷电机、无刷电机，而根据工作原理分类，无刷电机又分为内转子无刷电机和外转子无刷电机。

我们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。

有刷电机工作时，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，缺点也同样明显：

1、机械换向产生的火花引起换向器和电刷摩擦、电磁干扰、噪声大、寿命短；

2、结构复杂、可靠性差、故障多，需要经常维护；

3、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。所以在模型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。

除了有刷电机以外用得最多的一种电机，无刷直流电机不使用机械的电刷装置，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。

无刷电机示意图

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，在定子旋转磁场的作用进行旋转的部件，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。

三、无刷电机结构

既然今天的主角是无刷电机，我们就来进一步看看其内部结构：

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。

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。

四、直流无刷电机的工作原理

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。

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机的控制器，好的控制器需要有单片机控制程序设计、电路设计、性能强大的算法等。

不过如果想要真正的了解无刷电机是怎么转起来的，还需要给大家复习几个基础定则：左手定则、右手定则、右手螺旋定则，是不是感觉很复杂？先别急着走！看一下就很明白了。