电动航模无刷动力组漫谈
随着当今微电子技术的迅速发展，电动遥控模型飞机的技术进步与发展也方兴未艾。其最具革命性的技术进步就是采用电子调速器控制无感无刷电机作为强劲的动力系统和以聚合物锂电池为能源的供电系统。由此使电动遥控航模飞机进入到一个完全可以与燃油发动机航模叫劲的崭新时代。
然而，不少传统玩油动模型飞机的玩家，对而今的电动模型飞机仍缺少认识，其表现主要在两个方面：一方面，一些传统玩家以为如今的电动模型飞机还跟过去的电动模型飞机一样留空时间短；动力不足；电机使用寿命短，对接收机干扰大等等。其实，而今的电动航模飞机由于采用了上述先进技术，已经和从前的有刷电动航模飞机有天壤之别了。
其实，无刷电机与无刷电机电子调速器人们早就在工业领域运用了，但传统的无刷电机控制主要用霍尔传感器来为无刷电机作换相检测，而航模用无刷电机通常是不用传感器来检测电机换相的。我们称这种无刷电机为无感无刷电机。要驱动控制无感无刷电机按我们的需要运行起来，用传统的数字电路几乎无法实现，因为它的控制机理十分复杂，即使传统数字电路能够实现对无感无刷电机的运行控制，那也必然是一块几何尺寸和重量都相当可观的复杂装置，这样的话，它就显然不适合航模控制电路轻量化和小型化的要求。所以我们眼下看到的无感无刷电机电子调速控制器（业内俗称“无刷电调”）无一例外都是采用微处理器作为核心器件，通过相当复杂的动态计算来实现对无感无刷电机的调速控制的。
因此无感无刷电机的运转关键在控制电路。在航模领域，两三年前这一控制技术主要掌握在德国、美国和捷克人手头。因此当时的“无刷电调”市场价格实在不蜚。而近一两年来，国内已有“阿尔舍电子控制技术有限公司”等企业开发出了具有完全自主知识产权的航模专用无感无刷电机电子调速控制器。随着中国产“无刷电调”的上市，全球“无刷电调”的价格已大幅下调。无刷电机在航模领域的普及运用已成必然。
在航模领域，用无刷电机代替传统的有刷电机之所以已成必然，是因为作为电动航模动力组的电机、电调、电池这三者都有了划时代的进步。
首先，无刷电机运用于航模领域，优点确实突出。无刷电机工作效率很高，一般的有刷电机工作效率在50％～60％；而无刷电机的工作效率通常都不低于80％。因此获得同样的功率，无刷电机就比传统的有刷电机体积小、重量轻。无刷电机工作时没有碳刷电机那样的火花干扰，也不存在碳刷磨损，因此采用无刷电机更有利于远距离遥控，且使用寿命长，基本无需维护。
另外，作为无感无刷电机的关键控制电路“无刷电调”由于采用高速微处理单片机和大功率贴片式场效应管，使其已做到小型化、轻量化，且售价在不断降低。这就为无刷电机在航模领域的应用提供了普及的重要条件。
再就是聚合物锂电池的出现，也为无刷电机在航模领域的应用提供了重要条件。聚合物锂电池相比传统的镍镉电池、镍轻电池其最大的优点就是单位电容量的重量轻，另外它也比锂离子电池在使用上更加安全。
聚合物锂电池的技术进步也很快。世界上聚合物锂电池才出现还没有几年，到目前就已，大致发展到了第三代，第一代C值在2～3；第二代C值在3～5；第三代C值在5～12；平均一年一代。所谓C值，就是电池容量的放电倍率。比如一组标称C值为10、标称容量为1600ma/h的聚合物锂电池，就是说它可以在最大16A放电电流下工作。容量是1600ma/h。
有了无感无刷电机和相应的电子调速控制器以及聚合物锂电池这三者的绝佳配合才有了开篇所说的遥电动遥控航模飞机正进入到一个完全可以与燃油发动机航模叫劲的崭新时代。但是不少模友买回一些采用无刷动力组的商品电动航模，使用起来却并不感到满意，不是电池使用寿命比较短，就是无刷电机过热；或者是留空时间短，甚至是无刷电调损坏烧毁等等。这又是为什么呢？原因当然很多，但笔者总的归结起来就是两方面的原因。一个是商品机本生的原因；另一个就是使用不得法的原因。二者合起来的根本原因就在于生产者和使用者对于新生事物都有一个逐步认知和探索的过程！就目前来说，笔者观察到，不少国内生产无刷电机的厂家，基本不懂得什么样的无刷电机适合于什么样的航模；而不少的航模商品机生产厂家，却又不知道怎样的电机参数（包括电池参数）才是最适合于自己所生产的航模飞机；而另一些并不具有独力设计无刷电调能力而仅靠其它途径获得生产无刷电调能力的厂家却又很难不断优化自己生产的电调，由此配套出来的商品航模就当然不尽人意了。而更多的使用者都是初步尝试使用，对无刷动力组的电动航模还没有更多的内在认识。好在这些问题都是一个过程，这一过程正在迅速好起来。不要认为这只是国内电动航模的问题，欧美发达国家广泛采用无刷动力组的电动航模也只是近几年的事，我国大量出口的相对廉价的电动航模及其电机、电调等配套商品同样推动了欧美发达国家电动航模的进一步普及。把话说得远一点，发达国家采用无刷动力组是首先用于无人侦察机，特别是以色列的小型无人侦察机，已广泛采用无刷动力组。并且出口到美国等国家。据《军事文摘》2005年第4期报道，我国某重点型号军用直升机的稳压电源系统也采用了“一套新颖的航空无刷直流电动机，其特点是要求低电压、大功率、大电流、高转速，……这种从未在中国直升机上使用的新型电动机，为XX直升机提供了先进稳定的电源。”可见无刷电机技术，特别是无感无刷电机技术在全球来说都是一项可以说是先进的技术，人们正在对其不断认知。
接下来谈谈无刷电机、无刷电调以及聚合物电池在使用中的一些问题。
首先谈谈无刷电机。目前在航模上用的无刷电机因其结构的不同分为内转子无刷电机和外转子无刷电机。通常来说，一只内转子无刷电机的转速比一只相同功率的外转子无刷电机的转速要高，但扭力比外转子无刷电机小。生产厂家一般会给出电机的K/V值、推荐最大工作电流值等主要参数。所谓K/V值，通俗地说，就是供给电机的工作电压每提高一伏，所能增加的转速。所以通常电机的K/V值越高，能够获得的转速就越高。需要注意的是，在航模上，电机的K/V值并不是越高越好。不少模友盲目追求高K/V值电机，而不顾及电机的其它参数和电机与螺旋桨的搭配关系，这样就往往容易造成使用中电机过热，或螺旋桨工作效率低下，电机功率损失也大，这就得不偿失。
一般来说，用于目前市场上流行的电动直升机的无刷电机的K/V值比较高，通常在2800到3200；而用于固定翼航模飞机的无刷电机的K/V值相对比较低，如果是直驱浆，K/V值在1200～1800就够了。所以目前的固定翼航模飞机多采用外转子无刷电机，以期获得更大的直驱桨的能力；而电动直升机多采用内转子无刷电机，以期获得必要的电机转速。因为外转子无刷电机要获得比较高的转速，就要有高的K/V值，而高K/V值的外转子无刷电机作起来比较困难。但随着技术的进步，高K/V值的外转子无刷电机也一天天多起来，所以电动直升机采用高K/V值的外转子无刷电机会逐渐成为趋势。今后的电动直升机甚至有可能直接采用大直径、大扭力，低K/V值的外转子无刷电机直接驱动直升机主桨，从而省去大盘齿轮。
固定翼航模飞机的电机如果采用减速齿轮，就可获得更大的驱动大直径桨的能力，但减速齿轮会带来功率损失和重量的增加。再就是高速旋转中减速齿轮的磨损相当大，尤其是金属材质的减速齿轮磨损就更甚，这就影响了航模的使用寿命。所以能够采用直驱就尽可能不要用减速齿轮。只要螺旋桨、电机、电调等要素搭配合理，固定翼航模飞机采用电机直驱桨综合优势会更大。直接的感觉就是既保持强劲的动力，又省电，留空时间也长，这是我自制几十架电动航模飞机后的体会。有人可能就会问，那么你自制的电动航模飞机留空时间究竟有多长？飞行性能又如何？这样告诉你吧：眼下我自制的电动航模特技机，如果和一架标配的油动F3A同时起飞，我的电动特技机不会比F3A（飞完一箱油）先落地，且至少在3/4时段中都可以作几乎所有常规的特技动作。我曾用一架40级商品油动练习机改为无刷动力组电动练习机，并有意作了不同螺旋桨、电机、电调等要素的搭配试验，结果是模型飞机在获得同样大小的推重比条件下，不同螺旋桨和不同电机的搭配，会有高达近20A电流的差异。螺旋桨、电机、电池相对搭配合理，其最大工作电流只有22A；搭配不够合理，最大工作电流在40A.。可见合理搭配螺旋桨、电机、电调等要素，对于省电、延长航模飞机的留空时间是多么的重要！话不说远了，下面我们再谈谈无刷电调。
无刷电调、无刷电机其实是紧密关联的。要谈无刷电调，还会谈到无刷电机。
从早两年到现在，不少模友都十分迷信美国的XX无刷电调，认为中国人作的电调完全不可对其超越。其实只要你真正了解了无刷电调，你就一定会得出不一样的结论。事实也是如此。早两年用于航模的无感无刷电机几乎都是内转子无感无刷电机，那时在航模领域几乎还没有外转子无感无刷电机，应当说，美国的XX无刷电调对内转子无感无刷电机的支持是比较好的，但对于内转子无感无刷电机的直驱能力和启动特性，笔者仍不敢恭维，而当越来越多的外转子无感无刷电机出现后，它对不少外转子无感无刷电机的支持就更不那么尽人意了，新出了几个版本，启动特性有所提高，但相对来说也不怎么成功。而国产的无刷电调呢，（当然这里我们指的是国内处于前沿设计开发水平的航模专用无感无刷电机电子调速控制器专门生产企业）应当说其无刷电调是越做越好，功能品质都可圈可点，相对而言，更接近于价廉物美。那么怎样的一款电调才适合于你呢？我们接着谈。 |
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发表于 2006-4-19 00:12
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