中断N年后回来继续模型，性子一起，说说外转子直驱的秘密

bldc · 发表于 2011-12-2 01:20

看见有模友开帖讨论电机磁极，生怕喧宾夺主，开此贴说秘密。

3相无刷交流电机就是我们现在航模上用的，外转子，内转子，说说我知道的，能力范围之外的不表述。
有争议的，各自回家学习一番，再拿自认为最正确的最能说服的来讨论，免得误导其他。

3相电机当然是3相绕组，每相绕组，可以有分开的线圈。看到的9极定子绕组，实际3相，每相3个绕组线圈，每个线圈分开40度，圆周排列。同相的分开120度。

借用几何学的公理说，不要有反对说，
1，磁场旋转才有转子旋转，内转子外转子一样。定子产生的磁场和磁极对组成的转子需要有错齿，或者说齿差，才能有旋转的产生。
2，定子，这个需要说说的，有刷电机，看到的是外壳不转，内里基本是有2片磁瓦，3组线圈绕在矽钢片做的转子上，靠铜刷，碳刷通电，
总之，电刷，2把刷子，贴着3片各占120度圆周的整流子，机械自动120度换相。绕线圈的部分旋转。
3，内转子无刷，紧贴外壳内表面的是线圈，绕在矽钢片上，定子，或者空心绕，无矽钢片。中间是磁钢转子，有1对2极，
2对4极之类的，一个整体，看不到缝隙。
4，外转子，常见的外壳贴了一周的磁钢，一定是双数哈。定子线圈在中间，固定，数数极数（线圈数）3的倍数。

现在说秘密部分。
举例，外转子，12片磁钢，6对，均匀圆周排列，12片，每片，间隔30度。相同极性的磁钢间隔60度。定子9个线圈，间隔40度排列。
假设静止时某一磁钢对应了某一绕组，当然是磁通最短，磁阻最小的位置，通电后最平衡的位置，其他的磁极总是跟各定子磁极有错开的角度，设0度位通电，同一相的其他2个线圈在120度和240度的位置。换相一次，磁场转过40度，比如顺时针方向，0度绕组的通电改到了40度的定子绕组上，原120度和240度同相的其他2个绕组的磁场也改变到了160和300度的位置。NS就有了40度改变，原本和0度定子对应的磁极，它的同性磁极在60度的位置，自然就会向磁场变动的反方向移动20度，外壳逆时钟旋转了20度，刚好和40度的定子磁场紧密配合。磁场走40度，磁极外壳反方向旋转20度，当定子走完1圈360度后，外壳才转了180度，，外壳转1圈360度，定子磁场需要旋转720度，2周。等于相同硬件的内转子加了2：1的减速，扭矩倍增。这是设计上的内容，本质还需要相当强磁性的磁极才有大扭矩，翻倍扭矩更大，有直驱大桨的能力，这是原理，理论啊，太重要。
在动了脑经之后，定子的绕法也能提升更大的扭矩，不是简单的3角星形，是绕组的磁场变换度数，和磁极的对应关系。有了绕组的技巧，在我们看到的12定子14磁极的外转子，能做到等同于7：1减速效果的大扭矩电机，这是理论确认之后实践的验证。技巧的绕组，使磁场7圈之后外壳才1圈。
引申一下，电调都强调2极电机多少转，n极电机多少转，本质在于，类似的，对于7：1的外转，外壳转1圈，磁场旋转7圈，每360度换相6次，7圈就是42次，电调给出了42次换相信号，电机才旋转了1圈，对应普通无刷，换相6次，转1圈。电调再高级，工作于us级，也是对应每分每秒是有极限来划分的。
常见的Mega8单片机做的电调，在使用内部8M晶振时，最小计时单位是0.125us，测接收机油门脉宽需要64分频到8us，对于1ms的0油门，计数值是125，2ms的全速是250，刚够8位计数器的计数范围。PWM输出可以做到9位，10位，即可以全程油门细分为512级或1024级，没大必要，遥控器操纵杆，我们的手指在行程范围里做不到这么细，当然理论上月细密越平顺，有模友评论各电调时喜欢评价的一个性能用语。原因在这里，程序员对硬件的使用和程序的处理，或者编程能力。对产品的定位划分也有可能？油门杆行程分100级还是1000级我无所谓。
扯远了，有兴趣的再看看。这里估算一下，对应支持2极30w转的电调，每秒5000转，以下穿插使用中文数字，数零麻烦。5千转需要3万次换相，这是30个1千，1秒细分1千是1ms，1ms再分30次是大约33us就要检测换相一次，意思就是33us就要电调单片机做好感应电动势检测中断处理，换相处理，定时的脉宽计数处理，转换为PWM占空比，必要时，检测电流，电池组电压，虽说有中断处理，可有处理需求，就要花时间，理论极限了。对于这个级别的单片机，有人说超频，哈，超频，有用16M晶振的，甚至超到20M，乖乖！
这里是电机电调板块，电机扯到电调，我看行。我认为玩了就要玩透些，不然钱白花了，花钱还不多放几枪哈。全盘掌控，至少知道了解，免被忽悠

各位随便看哈，有用的，顶了别沉，大家一起提高，才高。

[ 本帖最后由 bldc 于 2011-12-2 01:22 编辑 ]

冰山一脚 · 发表于 2011-12-22 19:08

学习了

uery · 发表于 2011-12-22 15:48

谢谢分享！7：1的应该够直升机用了，直驱非常安静。

颠簸 · 发表于 2011-12-20 18:25

:em26:

cwb2oo8 · 发表于 2011-12-19 18:33

为什么没有2相无刷电机的介绍

ada123 · 发表于 2011-12-14 23:29

:em26:

椰岛 · 发表于 2011-12-9 21:50

原帖由 keke899 于 2011-12-5 09:50 发表
有些绕线，虽然电机能转，但磁路并不合里，材料也得不到充分利用，唯一的好处是方便绕线。另外极数多少对应换向次数多少，跟扭力大小并非直接对应关系，不能简单用减速比来形容。只是对更好理解驱动原理有帮助

比较赞同:em26:

xiaohan · 发表于 2011-12-7 22:52

:em26:

k7k7k7 · 发表于 2011-12-7 22:26

技术贴，留个爪:em26:

wyp · 发表于 2011-12-7 21:45

:em26: :em26: :em26: 学习学习好好学习

bldc · 发表于 2011-12-7 21:26

原帖由 keke899 于 2011-12-7 19:01 发表
楼主是从电调驱动出发，那我就简单从磁力、扭矩出发，设2极电机磁力为 2N，力臂为L ; 14极电机磁力为14N，力臂nL 。那么2极电机可以产生2NL 力矩， 14极电机可以产生14NnL 力矩。（一般14极为外转子结 ...

:em19: 再有数倍放大，不需要增加硬件，或者说体积小些，扭矩同样够大。

权仔 · 发表于 2011-12-7 20:33

好贴，学习了

keke899 · 发表于 2011-12-7 19:01

楼主是从电调驱动出发，那我就简单从磁力、扭矩出发，设2极电机磁力为 2N，力臂为L ; 14极电机磁力为14N，力臂nL 。那么2极电机可以产生2NL 力矩， 14极电机可以产生14NnL 力矩。（一般14极为外转子结构，2极只存在内转子，所以转子直径会是n倍差别，至少是n≥14/2/π 倍）那么14极电机的力矩至少是14N x 7 ÷ π x L =31NL 。看看吧，这就是多级甚至外转电机的大扭力优势所在。磁铁多了，磁通就大了，直径也跟着大了，自然就会得到更大扭力

bldc · 发表于 2011-12-7 15:23

有异见有讨论，我就是抛砖引玉，目的达到，心满意足。
以我的理解，通俗的讲解一点东西，开阔眼界，开拓思路。

大家自己搜下lrk350吧，具体到照片都能有。

最后说一下，航模无刷电机的结构原理，使之必然是60度电器角换向，6次换向，磁场一圈，这个上面只剩自己去理解，不要发出疑问。
先有磁场旋转，然后才有转子的旋转。
严格的说，电调是在控制磁场换向！转子输出是对磁场旋转的反应。通过转子磁体切割不通电的定子线圈，产生感应电动势来确定磁场换向时机。
所以转子和磁场旋转值之比，就是等同于有减速的电机的扭矩的放大。
磁极的旋转，可以与磁场旋转方向通向，也有反向，取决于定子和转子磁极数决定的磁通走向。
对于电调，它不管什么类型的电机，检测到感应电动势，就换向，（这里不讨论进角），在360度的空间里，磁力不断接力的推动转子。
大扭矩直驱，一般不到一万转分，普通电调足够驱动。
有的程序检测感应电动势是在pwm关闭输出时进行，所以pwm频率会对某些电机的运转有影响。不同品牌电调，程序出处不通，同一血系的，
基本一样，拷贝自同一大脑，大同小异，完全自己搞的，自然可以改啊改的，太少了。有点枯燥。
对于想自己做个电调玩玩的，记住，先有旋转的磁场然后才是转子的旋转，这个做什么用呢？启动！动了就什么都有了。