航模电动动力系统-(三)-无刷电机的结构和功率

航模电动动力系统（三）无刷电机的结构和功率这个系列的前两篇我们说了动力系统的前两个组成部分，电池和电调，今天我们来说电机，电机是动力系统的核心，是他实现了电能机械能转换的关键一步。马头老师说大家都爱看图不爱看字，我于是就把手头的外转子2212拆开，拍了下面两张照片。第一张图中左边的是转子，外壳内侧贴着的金属长条就是永磁体，托中国工业的腾飞的福，现在大家都鸟枪换炮了，永磁体都是高性能的稀土磁体。转子的顶端是开好了的一圈散热孔，轴直接插在转子外壳上，由位于外壳顶端的两个内六角螺丝紧固，从第二张图上可以看到。转子的右手就是拆下来的定子，上面绕着线圈，不同的KV用不同的绕法绕上去不同粗细和匝数的漆包线。定子的中心是轴承，转子的轴插入轴承和定子相连，转轴在定子的低端被卡子卡住，实现了定子和转子的紧固。电机基本上是不需要维护的，但是也有例外，就是轴承，如果长时间使用或者在灰尘非常重的恶劣环境使用后电机的噪音有可能突然变高，这个时候把电机拆开，往轴承里面滴一滴润滑油很可能就解决了问题。第一张图的下方和第二章图转轴的顶部是桨保护器，严格的说这个不是电机的组件，但是这是个很了不起的发明。前拉桨飞机炸机的时候受冲击的必然是机头的桨，如果桨和电机轴刚性相连的话炸机的时候螺旋桨就会把非常大的冲击力和冲击力矩毫无保留的传递给电机轴，结果很可能是轴弯了，一个几十块的电机很可能就断送在这几毛钱的轴上。现在利用桨保护器和橡皮圈，浆可以在电机轴上前后摆动，这样冲击力矩就可以被缓冲，炸机挂掉电机的概率就大大降低了。这里有一个大家容易忽视，但是非常重要的细节。所有的转动机件都要求转动轴过质心，保证动平衡，不然的话转动轴就会受到不平衡的侧向离心力。这里的转动轴是电机轴心，安装在桨保护器上的螺旋桨的质心是桨保护器中心，如果电机轴和桨保护器轴不精确重合的话就会导致动不平衡，轻则增加摩擦降低电机效率和轴承寿命，重则增加射桨概率引发安全事故。其实避免这个问题的方法很简单，就是在紧固桨保护器的时候两边的螺丝要对称拧，左两圈右两圈，千万别把左边的拧到拧不动再去拧右边的，这样的话桨保护器轴必然偏右。电机好坏主要看转子的装配能不能实现质心和转轴精确重合，也就是动平衡，还有轴承的质量，以及永磁体的磁场强度和耐高温能力。具我观察，给一般固定翼用的话即使最便宜的无刷电机也足够好了，空载转到几千转后电机的噪音几乎还是听不见，说明现在山寨小厂的装配技术也达标了。和前面一样，技术指标上我们还是从动力系统最重要的功率说起，但是麻烦来了，现在国内的无刷电机基本上都不标额定功率，不知道是不敢标还是不会标，或者考虑到大家使用环境不一样，标了也没用。厂家不提供功率，打个比方就是卖车的不标马力，怎么办？买车的只好去看车屁股后面的排气量了，排量不等于功率，但有一定相关性，同一系列的发动机，2.4L的基本要比1.6L的功率高。当然你拿一个柴油发动机和汽油发动机比没有意义，就像你直接拿无刷和有刷比没有意义一样。无刷电机的排气量是什么？体积。这就是为啥汽车厂家总喜欢在车屁股后面标上1.6L，2.4L，而电机厂家喜欢标2208，2212的原因。不是说体积大就一定功率大，但是电机体积和额定功率相关性最大，比如同是新西达无刷电机，2208电机，22毫米直径，8毫米高度，不管KV值是多少，额定功率都差别不会太大，你拿新西达的2217的电机出来，额定功率肯定比2208大。流进电机的电能从两个途径转换成了其他能力，一部分克服电机转动的反向电动势做功，变成了我们需要的机械能。另外一部分由于漆包线的内阻，P=I^2*R,变成了有害的热能耗散掉了。电机的功率限制主要是由放热决定的，温度升高后导线内阻变大，电机效率变低，此外永磁体也是怕高温的，120度之后就会让普通永磁体受损，所以电机必须控制电流,于是功率受到了限制。同样的绕法和匝数，电机体积大就能用更粗的铜线，内阻变小，同样电流下放热就小，或者说同样的放热可以达到更高电流，这样功率就能提高。同一个电机，在通风散热良好的情况下跑200W没有问题，你把他闷到箱子里面100W就可以要了他的小命，如果你能够把电机浸泡到液氮里面，2208跑1KW也不是没可能，如果泡进液氦，导线超导了，那2208跑5KW也有可能。所以大家做飞机的时候一定要考虑到电机散热，有时候一个巧妙的散热气流引导处理带来的性能提升比多花很多钱买更好电机带来的提升更大。