【设计应用】对于无人机应用来说,什么样的电机更合适?

现在各种类型的无人机、机器人应用日益广泛,无刷电机体积小、重量轻、转速快这些特点可以说是非常适合无人机,本文我们将介绍一下为什么,无刷电机更适用于无人机。

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第一:为什么选择无刷电机?

可靠性

大疆的无人机基本都选择了无刷电机。有刷电机,90%以上的故障都是出在碳刷上,这是由其设计本身所决定的,进灰、生锈、震动等情况,都可能导致接触不良,进而引发问题。

寿命长

有刷电机的碳刷会磨损,需要定期更新,对于民用产品业说,这显然是不符合实际的;无刷电机则完全没有这方面的顾虑,几乎就是免维护的。

高效

这里的高效是指能量的转化率,无刷电机没有接触电阻,也没有碳刷这样的发热元件,电能的利用率高,可以高达90%;而有刷电机只能达到75%,因此无刷电机的运行时长上会有明显优势

散热

有刷电机由于有很大一部分电能转换成了热能,因而必须做相应的散热设计。这样就会影响到产品的体积,增加产品的重量,无论是对无人机或是机器人来说,都是不可行的。

控制精度

按一般的概念来说,有刷直流电机的控制精度高。但我们要动态的,辩证的看待事物。随着霍尔传感器的普及,与无刷电机完美搭配,精度问题已经解决。

第二:无刷电机是如何测速的?

1、霍尔效应原理测速法

无刷电机转轴带动轴上的磁钢旋转,从而改变磁场大小,通过霍尔电路将磁场变化转换为脉冲信号,经放大整形,输出矩形脉冲信号。当转速改变时,输出脉冲的频率会发生变化。从而得到直流减速电机旋转的速度。

2、光电测速法

使用栅格圆盘和光电门组成测速系统。当无刷电机通过传动部分带动栅格圆盘旋转时,测速光电门获得一系列脉冲信号。这些脉冲信号通过单片机两个定时/计数器配合,一个计数一个定时。计算出单位时间内的脉冲数m,经过单位换算,就可以算得该电机旋转的速度。

第三:电机与电调的连接

控制电机转速的调速器(Speed Controller),很久之前早期的调速器是使用舵机控制可调电阻拨片来实现,此类称为机械调速器,现已退出历史舞台,仅能在一些复刻车架包装盒或者说明书上看到其照片。现在我们说调速器,都是指电子调速器,简称电调、ESC(Electronic Speed Controller)。按大类来分,电机可分为有刷动力和无刷动力。即有刷电调搭配有刷电机,以及无刷电调搭配无刷电机。

有刷电调配合有刷电机使用。有刷电调往往只有4根线,2根是输入电源端,接到正负极。另外2根则是控制电机转速的输出端,接到电机的2个电极上。通过改变电流/电压以及传导方向就可以实现对转速以及正反的控制。

无刷电调和有刷一样道理,无刷电机需要工作,就必然需要一个无刷电调。如下图,电机和电调之间是由两束线连接的。红、黄、黑三色这束线,是电源线,电调将交变的电能传送到电机,驱动电机旋转;黑色的这一组扁线是信号线,将由霍尔传感器检测到的转速信号,传递给电调。

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