無刷電機

電動機的定子繞組多做成三相對稱星形接法，同三相異步電動機十分相似。電動機的轉子上粘有已充磁的永磁體，為了檢測電動機轉子的極性，在電動機內裝有位置傳感器。驅動器由功率電子器件和集成電路等構成，其功能是：接受電動機的啓動、停止、制動信號，以控制電動機的啓動、停止和制動；接受位置傳感器信號和正反轉信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，產生連續轉矩；接受速度指令和速度反饋信號，用來控制和調整轉速；提供保護和顯示等等。

近三十年來針對異步電動機變頻調速的研究，歸根到底是在尋找控制異步電動機轉矩的方法，稀土永磁無刷直流電動機必將以其寬調速、小體積、高效率和穩態轉速誤差小等特點在調速領域顯現優勢。

無刷直流電機因為具有直流有刷電機的特性，同時也是頻率變化的裝置，所以又名直流變頻，國際通用名詞為BLDC。無刷直流電機的運轉效率、低速轉矩、轉速精度等都比任何控制技術的變頻器還要好，所以值得業界關注。

無刷電機在我國的發展時間雖短，但是隨着技術的日益成熟與完善得到了迅猛發展。已在航模、醫療器械、家用電器、電動車等多個領域得到廣泛應用，並在深圳、長沙、上海等地形成初具規模產業鏈。如深圳偉業電機、長沙科達等一批專業廠商，在技術上不斷推進行業發展。近幾年來，無刷電機成為在模型領域裏快速發展的一種動力。由於產量和價格的原因，過去幾年無刷電機多使用在中高檔航空模型中，現在由於機械加工技術的快速發展，無刷電機的生產成本下降許多，目前它正進入模型領域的各個層面，從電動遙控車到電動遙控船再到電動模型飛機，無處不在。

無刷直流電動機是採用半導體開關器件來實現電子換向的，即用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機械噪聲低等優點，廣泛應用於高檔錄音座、錄像機、電子儀器及自動化辦公設備中。

無刷直流電動機由永磁體轉子、多極繞組定子、位置傳感器等組成。位置傳感按轉子位置的變化，沿着一定次序對定子繞組的電流進行換流（即檢測轉子磁極相對定子繞組的位置，並在確定的位置處產生位置傳感信號，經信號轉換電路處理後去控制功率開關電路，按一定的邏輯關係進行繞組電流切換）。定子繞組的工作電壓由位置傳感器輸出控制的電子開關電路提供。

位置傳感器有磁敏式、光電式和電磁式三種類型。

採用磁敏式位置傳感器的無刷直流電動機，其磁敏傳感器件（例如霍爾元件、磁敏二極管、磁敏詁極管、磁敏電阻器或專用集成電路等）裝在定子組件上，用來檢測永磁體、轉子旋轉時產生的磁場變化。

採用光電式位置傳感器的無刷直流電動機，在定子組件上按一定位置配置了光電傳感器件，轉子上裝有遮光板，光源為發光二極管或小燈泡。轉子旋轉時，由於遮光板的作用，定子上的光敏元器件將會按一定頻率間歇間生脈衝信號。

採用電磁式位置傳感器的無刷直流電動機，是在定子組件上安裝有電磁傳感器部件（例如耦合變壓器、接近開關、LC諧振電路等），當永磁體轉子位置發生變化時，電磁效應將使電磁傳感器產生高頻調製信號（其幅值隨轉子位置而變化）。 ^[1] 

結構上，無刷電機和有刷電機有相似之處，也有轉子和定子，只不過和有刷電機的結構相反；有刷電機的轉子是線圈繞組，和動力輸出軸相連，定子是永磁磁鋼；無刷電機的轉子是永磁磁鋼，連同外殼一起和輸出軸相連，定子是繞組線圈，去掉了有刷電機用來交替變換電磁場的換向電刷，故稱之為無刷電機（Brushless motor），那現在就有問題了，沒有了電磁場的變換，如何讓無刷電機轉動呢？

簡單而言，依靠改變輸入到無刷電機定子線圈上的電流波交變頻率和波形，在繞組線圈周圍形成一個繞電機幾何軸心旋轉的磁場，這個磁場驅動轉子上的永磁磁鋼轉動，電機就轉起來了，電機的性能和磁鋼數量、磁鋼磁通強度、電機輸入電壓大小等因素有關，更與無刷電機的控制性能有很大關係，因為輸入的是直流電，電流需要電子調速器將其變成3相交流電，還需要從遙控器接收機那裏接收控制信號，控制電機的轉速，以滿足模型使用需要。 總的來説，無刷電機的結構是比較簡單的，真正決定其使用性能的還是無刷電子調速器，好的電子調速器需要有單片機控制程序設計、電路設計、複雜加工工藝等過程的總體控制，所以價格要比有刷電機高出很多。

無刷電機和有刷電機的對比如下所示：

（1）摩擦大，損耗大

老模友們在以前玩有刷電機的時候都碰到這個問題，那就是使用電機一段時間以後，需要打開電機來清理電機的碳刷，費時費力，維護強度不亞於來一次家庭大掃除。

（2）發熱大，壽命短

由於有刷電機的結構原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機整體電阻較大，容易發熱，而永磁體是熱敏元件，如果温度太高的話，磁鋼是會退磁的，使電機性能下降，影響有刷電機的壽命。

（3）效率低，輸出功率小

上面説到的有刷電機發熱問題，很大程度是因為電流做功在電機內部電阻上了，所以電能有很大程度轉化為了熱能，所以有刷電機的輸出功率不大，效率也不高。 ^[2] 

（1）無電刷、低干擾

無刷電機去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機運轉時產生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控無線電設備的干擾。

（2）噪音低，運轉順暢

無刷電機沒有了電刷，運轉時摩擦力大大減小，運行順暢，噪音會低許多，這個優點對於模型運行穩定性是一個巨大的支持。

（3）壽命長，低維護成本

少了電刷，無刷電機的磨損主要是在軸承上了，從機械角度看，無刷電機幾乎是一種免維護的電動機了，必要的時候，只需做一些除塵維護即可。上下一比較，就知道無刷電機相對於有刷電機的優勢在哪裏了，但是萬事都不是絕對的，有刷電機低速扭力性能優異、轉矩大等性能特點是無刷電機不可替代的，不過就無刷電機的使用方便性來看，隨着無刷控制器的成本下降趨勢和國內外無刷技術的發展與市場競爭，無刷動力系統正在高速的發展與普及階段，這也極大促進了模型運動的發展。

（1）適用範圍：

無刷電機：通常被使用在控制要求比較高，轉速比較高的設備上，如航模，精密儀器儀表等對電機轉速控制嚴格，轉速達到很高的設備上。

碳刷電機：通常動力設備使用的都是有刷電機，如吹風機、工廠的電動機、家用的抽油煙機等等，另外串激電機的轉速也能達到很高，但是由於碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機。

（2）使用壽命：

無刷電機：通常使用壽命在幾萬小時這個數量級，但是由於軸承的不同無刷電機使用壽命也有很大不同。

碳刷電機：通常有刷電機的連續工作壽命在幾百到1千多個小時，到達使用極限就需要更換碳刷，不然很容易造成軸承的磨損。

（3）使用效果：

無刷電機：通常是數字變頻控制，可控性強，從每分鐘幾轉，到每分鐘幾萬轉都可以很容易實現。

碳刷電機：舊碳刷電機一般啓動以後工作轉速恆定，調速不是很容易，串激電機也能達到20000轉/分，但是使用壽命會比較短。

（4）節能方面：

相對而言，無刷電機採用變頻技術控制的會比串激電機節能很多，最典型的就是變頻空調和冰箱。

（5）日後維修方面：

碳刷電機需要更換碳刷，如果更換不及時會造成電機的損壞，而無刷電機，使用壽命很長，通常是有刷電機的10倍以上，但是壞了就需要更換電機，但日常維護基本不需要。

（6）噪音方面與是否是有刷電機無關，主要是看軸承和電機內部組件的配合情況。

（7）模型無刷電機的參數指標，除了外形尺寸（外徑、長度、軸徑等）、重量、電壓範圍、空載電流、最大電流等參數外，還少不了一個重要指標K_V值，這個數值是無刷電機獨有的一個性能參數，是判斷無刷電機性能特點的一個重要數據。