固定翼無人機(jī)技術(shù)固定翼無人機(jī)技術(shù)教師年級授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容第十五章航空電機(jī)動力系統(tǒng)授課類型現(xiàn)場講授學(xué)情分析教材分析教學(xué)目標(biāo)知識與技能掌握航空電機(jī)動力系統(tǒng)組成掌握有刷電動機(jī)的組成與工作原理掌握無刷電動機(jī)的工作原理及對比有刷電動機(jī)了解空心杯電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與特性應(yīng)用，以及對比有刷無刷過程與方法1、講授法2、討論法3、直觀演示法4、讀書指導(dǎo)法5、任務(wù)驅(qū)動法6、現(xiàn)場教學(xué)法7、自主學(xué)習(xí)法教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)航空電機(jī)動力系統(tǒng)組成（無刷，空心杯及有刷電動機(jī)系統(tǒng)組成）有刷電動機(jī)的組成與工作原理（定子，轉(zhuǎn)子，基本原理，特點(diǎn)，型號參數(shù)等）無刷電動機(jī)的工作原理及對比有刷電動機(jī)空心杯電動機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)與特性應(yīng)用，以及對比有刷無刷教學(xué)難點(diǎn)航空電機(jī)動力系統(tǒng)組成（無刷，空心杯及有刷電動機(jī)系統(tǒng)組成）有刷電動機(jī)的組成與工作原理（定子，轉(zhuǎn)子，基本原理，特點(diǎn)，型號參數(shù)等）3、無刷電動機(jī)的工作原理及對比有刷電動機(jī)知識框架圖教學(xué)過程主備從備（教師姓名）[課堂引入]引入：這一部分首先讓大家對航空電機(jī)動力系統(tǒng)有個(gè)整體了解，航空電機(jī)動力系統(tǒng)組成，有刷，無刷，空心杯電動機(jī)各自組成及原理特點(diǎn)等等。[教學(xué)內(nèi)容]航空電機(jī)動力系統(tǒng)思考：簡述無刷電動機(jī)動力系統(tǒng)的主持和功能。直流無刷電動機(jī)與有刷電動機(jī)有什么區(qū)別？簡述空心杯電動機(jī)的結(jié)構(gòu)和原理。從應(yīng)用的角度，參數(shù)直流無刷電動機(jī)、有刷電動機(jī)與空心杯電動機(jī)的區(qū)別。15.1航空電機(jī)動力系統(tǒng)組成航空電機(jī)動力系統(tǒng)主要依靠電池提供能量，也稱為電池類發(fā)動機(jī)動力裝置。直流電動機(jī)按換向方式可以分為有刷電動機(jī)和無刷電動機(jī)。有刷電動機(jī)采用機(jī)械換向，存在機(jī)械摩擦、換向火花、較難維修等缺點(diǎn)；無刷電動機(jī)采用電子換向，彌補(bǔ)了有刷電動機(jī)的缺點(diǎn)。為無人機(jī)提供動力的電動機(jī)主要有無刷電動機(jī)和空心杯有刷電動機(jī)。電動機(jī)是一種旋轉(zhuǎn)式電動機(jī)器，它將電能轉(zhuǎn)變?yōu)闄C(jī)械能，它主要包括一個(gè)用以產(chǎn)生磁場的電磁鐵繞組或分布的定子繞組和一個(gè)旋轉(zhuǎn)電樞或轉(zhuǎn)子。在定子繞組旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，其在定子繞組有效邊中有電流通過并受磁場的作用而使其轉(zhuǎn)動。電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，操作容易，維護(hù)便利等。15.1.1無刷電動機(jī)動力系統(tǒng)組成無刷電動機(jī)動力系統(tǒng)主要由電池、無刷電動機(jī)、電子調(diào)速器（ESC，簡稱電調(diào)，如圖15-1所示）、平衡充電器和傳動系統(tǒng)組成。電池，能量裝置，為電動機(jī)提供電能，常用能量密度大、重量輕、耐電流數(shù)值較高的鋰聚合物電池。無刷電動機(jī)，能量轉(zhuǎn)換裝置，將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，屬于外轉(zhuǎn)子電動機(jī)，無電刷。電調(diào)，主要作用是控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。其輸入端的信號線與飛控板鏈接，兩條輸入線與電池連接，輸出端三條線與電動機(jī)的三條輸入線連接（圖15-1）。電調(diào)與電機(jī)一樣，不同負(fù)載的動力系統(tǒng)需要配合不同規(guī)格的電調(diào)。電調(diào)的其他功能還包括變壓供電（相當(dāng)于變壓器），電源轉(zhuǎn)化（相當(dāng)于換相器）以及電池保護(hù)、啟動保護(hù)和制動等。平衡充電器，專用電池必須采用平衡充電器充電。傳動系統(tǒng)，電動機(jī)與螺旋槳（旋翼）之間的齒輪傳動系統(tǒng)。15.1.2空心杯有刷電動機(jī)動力系統(tǒng)組成空心杯有刷電動機(jī)動力系統(tǒng)主要由電池、空心杯有刷電動機(jī)、MOS管和平衡充電器組成。電池，為空心杯有刷電動機(jī)提供電能，常用鋰聚合物電池。空心杯有刷電動機(jī)，無鐵芯、有電刷的空心杯電動機(jī)。MOS管，用作驅(qū)動電路。平衡充電器，專用電池采用平衡充電器充電。15.1有刷電動機(jī)15.1.1結(jié)構(gòu)組成有刷電動機(jī)主要由定子和轉(zhuǎn)子兩部分構(gòu)成。15.1.1.1定子直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動的部分稱為定子。定子的主要作用是產(chǎn)生磁場和機(jī)械支撐，由主磁極、換向磁極、機(jī)座、電刷裝置等組成。（1）主磁極主磁極的作用是產(chǎn)生氣隙磁場。主磁極由主磁極鐵芯和勵磁繞組兩部分組成（圖15-2）。鐵芯一般用0.5mm～1.5mm厚的硅鋼板沖片疊壓鉚緊而成，分為極身和極靴兩部分，上面套勵磁繞組的部分稱為極身，下面擴(kuò)寬的部分稱為極靴，極靴寬于極身，既可以調(diào)整氣隙中磁場的分布，又便于固定勵磁繞組。勵磁繞組用絕緣銅線繞制而成，套在主磁極鐵芯上。整個(gè)主磁極用螺釘固定在機(jī)座上，（2）換向極換向極的作用是改善換向，減小電機(jī)運(yùn)行時(shí)電刷與換向器之間可能產(chǎn)生的換向火花，一般裝在兩個(gè)相鄰主磁極之間，由換向極鐵芯和換向極繞組組成。換向極繞組用絕緣導(dǎo)線繞制而成，套在換向極鐵芯上，換向極的數(shù)目與主磁極相等。（3）機(jī)座電機(jī)定子的外殼稱為機(jī)座。機(jī)座的作用有兩個(gè)：一是用來固定主磁極、換向極和端蓋，并起整個(gè)電機(jī)的支撐和固定作用；二是機(jī)座本身也是磁路的一部分，借以構(gòu)成磁極之間磁的通路，磁通通過的部分稱為磁軛。為保證機(jī)座具有足夠的機(jī)械強(qiáng)度和良好的導(dǎo)磁性能，一般為鑄鋼件或由鋼板焊接而成。（4）電刷裝置電刷裝置是用來引入或引出直流電壓和直流電流的。電刷裝置由電刷、刷握、刷桿和刷桿座等組成。電刷放在刷握內(nèi)，用彈簧壓緊，使電刷與換向器之間有良好的滑動接觸，刷握固定在刷桿上，刷桿裝在圓環(huán)形的刷桿座上，相互之間必須絕緣。刷桿座裝在端蓋或軸承內(nèi)蓋上，圓周位置可以調(diào)整，調(diào)好以后加以固定。15.1.1.2轉(zhuǎn)子電動機(jī)運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的樞紐，所以通常又稱為電樞，由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵芯、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成。（1）電樞鐵芯電樞鐵芯是主磁路的主要部分，同時(shí)用以嵌放電樞繞組。一般電樞鐵芯采用由0.5mm厚的硅鋼片沖制而成的沖片疊壓而成，以降低電機(jī)運(yùn)行時(shí)電樞鐵芯中產(chǎn)生的渦流損耗和磁滯損耗。疊成的鐵芯固定在轉(zhuǎn)軸或轉(zhuǎn)子支架上。鐵芯的外圓開有電樞槽，槽內(nèi)嵌放電樞繞組。（2）電樞繞組電樞繞組的作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢，是直流電機(jī)進(jìn)行能量變換的關(guān)鍵部件。它是由許多線圈（以下稱元件）按一定規(guī)律連接而成，線圈采用高強(qiáng)度漆包線或玻璃絲包扁銅線繞成，不同線圈的線圈邊分上下兩層嵌放在電樞槽中，線圈與鐵芯之間以及上、下兩層線圈邊之間都必須妥善絕緣。為防止離心力將線圈邊甩出槽外，槽口用槽楔固定。線圈伸出槽外的端接部分用熱固性無緯玻璃帶進(jìn)行綁扎。（3）換向器在直流電動機(jī)中，換向器配以電刷，能將外加直流電源轉(zhuǎn)換為電樞線圈中的交變電流，使電磁轉(zhuǎn)矩的方向恒定不變；在直流發(fā)電機(jī)中，換向器配以電刷，能將電樞線圈中感應(yīng)產(chǎn)生的交變電動勢轉(zhuǎn)換為正、負(fù)電刷上引出的直流電動勢。換向器是由許多換向片組成的圓柱體，換向片之間用云母片絕緣。（4）轉(zhuǎn)軸轉(zhuǎn)軸起轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)的支撐作用，需有一定的機(jī)械強(qiáng)度和剛度，一般用圓鋼加工而成。15.1.2工作原理15.1.2.1基本原理直流發(fā)電機(jī)的工作原理就是把電樞線圈中感應(yīng)的交變電動勢，靠換向器配合電刷的換向作用，使之從電刷端引出時(shí)變?yōu)橹绷麟妱觿莸脑恚▓D15-3）。直流電機(jī)里邊固定有環(huán)狀永磁體，電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖儯虼舜藭r(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動。感應(yīng)電動勢的方向按右手定則確定（磁感線指向手心，大拇指指向?qū)w運(yùn)動方向，其他四指的指向就是導(dǎo)體中感應(yīng)電動勢的方向）。導(dǎo)體受力的方向用左手定則確定。這一對電磁力形成了作用于電樞一個(gè)力矩，這個(gè)力矩在旋轉(zhuǎn)電機(jī)里稱為電磁轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩的方向是逆時(shí)針方向，企圖使電樞逆時(shí)針方向轉(zhuǎn)動。如果此電磁轉(zhuǎn)矩能夠克服電樞上的阻轉(zhuǎn)矩（例如由摩擦引起的阻轉(zhuǎn)矩以及其它負(fù)載轉(zhuǎn)矩），電樞就能按逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)起來。隨著電機(jī)轉(zhuǎn)動，不同時(shí)刻給不同線圈或同一個(gè)線圈的不同的兩極通電，使得線圈產(chǎn)生磁場的N-S極與最靠近的永磁鐵定子的N-S極有一個(gè)適合的角度差，磁場異性相吸、同性相斥，產(chǎn)生力量，推動電機(jī)轉(zhuǎn)動。碳電極在線圈接線頭上滑動，象刷子在物體表面刷，因此叫碳“刷”。15.1.2.2主要特點(diǎn)有刷電機(jī)采用機(jī)械換向，磁極不動，線圈旋轉(zhuǎn)。電機(jī)工作時(shí)，線圈和換向器旋轉(zhuǎn)，磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機(jī)轉(zhuǎn)動的換相器和電刷來完成的。有刷電機(jī)是內(nèi)含電刷裝置的將電能轉(zhuǎn)換成機(jī)械能（電動機(jī)）或?qū)C(jī)械能轉(zhuǎn)換成電能（發(fā)電機(jī)）的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。區(qū)別于無刷電機(jī)，電刷裝置是用來引入或引出電壓和電流的。有刷電機(jī)是所有電機(jī)的基礎(chǔ)，它具有啟動快、制動及時(shí)、可在大范圍內(nèi)平滑地調(diào)速、控制電路相對簡單等特點(diǎn)。有刷電機(jī)的主要缺點(diǎn)包括：（1）摩擦大，損耗大有刷電機(jī)使用一段時(shí)間以后，需要打開電機(jī)來清理電機(jī)的碳刷，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，維護(hù)強(qiáng)度大。（2）發(fā)熱大，壽命短由于有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)原因，電刷和換向器的接觸電阻很大，造成電機(jī)整體電阻較大，容易發(fā)熱，而永磁體是熱敏元件，如果溫度太高，磁鋼是會退磁，使電機(jī)性能下降，影響有刷電機(jī)的壽命。（3）效率低，輸出功率小有刷電機(jī)發(fā)熱很大程度是因?yàn)殡娏髯龉υ陔姍C(jī)內(nèi)部電阻上了，電能有很大程度轉(zhuǎn)化為了熱能，所以有刷電機(jī)的輸出功率不大，效率也不高。（4）噪聲大，干擾大電刷摩擦的噪聲較大，而且隨著電刷逐步磨損，噪聲會逐漸增大，同時(shí)，電刷會產(chǎn)生電火花，干擾無線電設(shè)備。15.1.2.3型號與參數(shù)直流電動機(jī)的機(jī)座上的銘牌會標(biāo)注一些額定值數(shù)據(jù)，它是合理選用電動機(jī)的依據(jù)。例如：額定功率、額定電壓、額定電流、額定轉(zhuǎn)速、勵磁方式、額定勵磁電流等。有些物理量雖然不標(biāo)注在銘牌上，但也是額定值，如在額定運(yùn)行狀態(tài)下的轉(zhuǎn)矩、效率分別稱為額定轉(zhuǎn)矩、額定效率等。直流有刷電動機(jī)型號一般包含四個(gè)部分：產(chǎn)品代號、規(guī)格代號、特殊環(huán)境代號、補(bǔ)充代號。產(chǎn)品代號：如Z3，Z代表直流電動機(jī)，3代表設(shè)計(jì)序號，即第三次設(shè)計(jì)序列。規(guī)格代號：主要用中心高、機(jī)座長度、鐵芯長度和極數(shù)表示。（1）中心高指電動機(jī)軸中心到機(jī)座底腳面的高度，單位為mm。（2）機(jī)座長度用國際通用字母表示，S為短機(jī)座、M為中機(jī)座、L為長機(jī)座。（3）鐵芯長度用阿拉伯?dāng)?shù)字1、2、3...由短至長分別表示。（4）極數(shù)分為2極、4極、6極、8極等。特殊環(huán)境代號，一般用漢語拼音的首字母表示，例如高原（G）、戶外（W）等。補(bǔ)充代號，僅適用于有補(bǔ)充要求的電動機(jī)。例如，Z3-200-2是指第三次設(shè)計(jì)的直流有刷電動機(jī)，電動機(jī)中心高200mm，電樞鐵芯長度代號是2。15.2無刷電動機(jī)15.2.1無刷電機(jī)工作原理直流無刷電動機(jī)是一種不使用機(jī)械結(jié)構(gòu)換向電刷，而直接用電子換向器的新型電動機(jī)，屬于三相永磁同步電動機(jī)的范疇（圖15-4）。直流無刷電動機(jī)由電動機(jī)主體和驅(qū)動器組成，是一種典型的機(jī)電一體化產(chǎn)品。由于直流無刷電動機(jī)是以自控式運(yùn)行的，所以不會像變頻調(diào)速下重載啟動的同步電機(jī)那樣在轉(zhuǎn)子上另加啟動繞組，也不會在負(fù)載突變時(shí)產(chǎn)生振蕩和失步。中小容量的無刷直流電動機(jī)的永磁體，現(xiàn)在多采用高磁能級的稀土釹鐵硼（Nd-Fe-B）材料。因此，稀土永磁無刷電動機(jī)的體積比同容量三相異步電動機(jī)縮小了一個(gè)機(jī)座號。結(jié)構(gòu)上，無刷電機(jī)和有刷電機(jī)有相似之處，也有轉(zhuǎn)子和定子，只不過和有刷電機(jī)的結(jié)構(gòu)相反；有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)的轉(zhuǎn)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(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷，故稱之為無刷電機(jī)（Brushlessmotor）。有刷與無刷電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別如表15-1所示。表15-1有刷與無刷電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上的區(qū)別名稱定子轉(zhuǎn)子換向電刷直流有刷電動機(jī)永磁磁鐵繞組有直流無刷電動機(jī)繞組永磁磁鐵無無刷電機(jī)中，換相的工作交由控制器中的控制電路（一般為霍爾傳感器+控制器，更先進(jìn)的技術(shù)是磁編碼器）來完成。無刷直流電動機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實(shí)現(xiàn)電子換向的，即用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。它具有可靠性高、無換向火花、機(jī)械噪聲低等優(yōu)點(diǎn)無刷電機(jī)采取電子換向，線圈不動，磁極旋轉(zhuǎn)。無刷電機(jī)，是使用一套電子設(shè)備，通過霍爾元件，感知永磁體磁極的位置，根據(jù)這種感知，使用電子線路，適時(shí)切換線圈中電流的方向，保證產(chǎn)生正確方向的磁力，來驅(qū)動電機(jī)。消除了有刷電機(jī)的缺點(diǎn)。這些電路，就是電機(jī)控制器。無刷電機(jī)的控制器，還可以實(shí)現(xiàn)一些有刷電機(jī)不能實(shí)現(xiàn)的功能，比如調(diào)整電源切換角，制動電機(jī)，使電機(jī)反轉(zhuǎn)，鎖住電機(jī)，利用剎車信號，停止給電機(jī)供電。現(xiàn)在電瓶車的電子報(bào)警鎖，就充分利用了這些功能。無刷電機(jī)產(chǎn)品的型號一般以KV值為準(zhǔn)。例如圖15-5中型號為2212/920KV，其中22代表電機(jī)的外轉(zhuǎn)子直徑22mm，12代表轉(zhuǎn)子的高度為12mm，920KV代表電壓每增加1V則電機(jī)的實(shí)際轉(zhuǎn)速增加920r/min。高KV的電機(jī)相對同級別低KV電機(jī)來說，轉(zhuǎn)速高但扭力小，螺旋槳越大，升力越大，但對應(yīng)需要更大的力量來驅(qū)動，電機(jī)的KV越小，轉(zhuǎn)動力量就越大，螺旋槳轉(zhuǎn)速越高，升力越大，綜上，大螺旋槳就需要用低KV電機(jī)，反之，需要高KV電機(jī)。如果高KV電機(jī)帶大槳，要么根本不能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，要么槳轉(zhuǎn)速不夠不能離地，要么使電機(jī)過燙而燒毀，引發(fā)飛行事故有刷與無刷電動機(jī)調(diào)速方式的區(qū)別：實(shí)際上兩種電機(jī)的控制都是調(diào)壓，只是由于無刷直流采用了電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實(shí)現(xiàn)了，而有刷直流是通過碳刷換向的，利用可控硅等傳統(tǒng)模擬電路都可以控制，比較簡單。（1）有刷馬達(dá)調(diào)速過程是調(diào)整馬達(dá)供電電源電壓的高低。調(diào)整后的電壓電流通過整流子及電刷地轉(zhuǎn)換，改變電極產(chǎn)生的磁場強(qiáng)弱，達(dá)到改變轉(zhuǎn)速的目的。這一過程被稱之為變壓調(diào)速。（2）無刷馬達(dá)調(diào)速過程是馬達(dá)的供電電源的電壓不變，改變電調(diào)的控制信號，通過微處理器再改變大功率MOS管的開關(guān)速率，來實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)速的改變。這一過程被稱之為變頻調(diào)速。15.2.2有刷與無刷電動機(jī)特點(diǎn)對比1、有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單、開發(fā)時(shí)間久、技術(shù)成熟早在十九紀(jì)誕生電機(jī)的時(shí)候，產(chǎn)生的實(shí)用性電機(jī)就是無刷形式，即交流鼠籠式異步電動機(jī)，這種電動機(jī)在交流電產(chǎn)生以后得到了廣泛的應(yīng)用。但是，異步電動機(jī)有許多無法克服的缺陷，以致電機(jī)技術(shù)發(fā)展緩慢。尤其是直流無刷電機(jī)一直無法投入商業(yè)運(yùn)營，伴隨著電子技術(shù)的日新月異，直至近幾年才慢慢投入商業(yè)運(yùn)營，就其實(shí)質(zhì)來說依然屬于交流電機(jī)范疇。2、直流有刷電機(jī)響應(yīng)速度快，起動扭矩大直流有刷電機(jī)起動響應(yīng)速度快，起動扭矩大，變速平穩(wěn)，速度從零到最大幾乎感覺不到振動，起動時(shí)可帶動更大的負(fù)荷。無刷電機(jī)起動電阻大（感抗），所以功率因素小，起動扭矩相對較小，起動時(shí)有嗡嗡聲，并伴隨著強(qiáng)烈震動，起動時(shí)帶動負(fù)荷較小。3、直流有刷電機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，起、制動效果好有刷電機(jī)是通過調(diào)壓調(diào)速，所以起動和制動平穩(wěn)，恒速運(yùn)行時(shí)也平穩(wěn)。無刷電機(jī)通常是數(shù)字變頻控制，先將交流變成直流，直流再變成交流，通過頻率變化控制轉(zhuǎn)速，所以無刷電機(jī)在起動和制動時(shí)運(yùn)行不平穩(wěn)，振動大，只有在速度恒定時(shí)才會平穩(wěn)。4、直流有刷電機(jī)控制精度高直流有刷電機(jī)通常和減速箱、譯碼器一起使用，使的電機(jī)的輸出功率更大，控制精度更高，控制精度可以達(dá)到0.01毫米，幾乎可以讓運(yùn)動部件停在任何想要的地方。所有精密機(jī)床都是采用直流電機(jī)控制精度。無刷電機(jī)由于在啟動和制動時(shí)不平穩(wěn)，所以運(yùn)動部件每次都會停到不同的位置上，必須通過定位銷或限位器才可以停在想要的位置上。5、直流有刷電機(jī)使用成本低，維修方便。由于直流有刷電機(jī)結(jié)構(gòu)簡單，生產(chǎn)成本低，生產(chǎn)廠家多，技術(shù)比較成熟，所以應(yīng)用也比較廣泛，比如工廠、加工機(jī)床、精密儀器等，如果電機(jī)故障，只需更換碳刷即可，每個(gè)碳刷只需要幾元，非常便宜。無刷電機(jī)技術(shù)不成熟，價(jià)格較高，應(yīng)用范圍有限，主要應(yīng)在恒速設(shè)備上，比如變頻空調(diào)、冰箱等，無刷電機(jī)損壞只能更換。6、無電刷、低干擾無刷電機(jī)去除了電刷，最直接的變化就是沒有了有刷電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的電火花，這樣就極大減少了電火花對遙控?zé)o線電設(shè)備的干擾。7、噪音低，運(yùn)轉(zhuǎn)順暢無刷電機(jī)沒有了電刷，運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)摩擦力大大減小，運(yùn)行順暢，噪音會低許多，這個(gè)優(yōu)點(diǎn)對于模型運(yùn)行穩(wěn)定性是一個(gè)巨大的支持。8、壽命長，低維護(hù)成本少了電刷，無刷電機(jī)的磨損主要是在軸承上了，從機(jī)械角度看，無刷電機(jī)幾乎是一種免維護(hù)的電動機(jī)了，必要的時(shí)候，只需做一些除塵維護(hù)即可。9、在適用范圍方面：無刷電機(jī)：通常被使用在控制要求比較高，轉(zhuǎn)速比較高的設(shè)備上，如航模，精密儀器儀表等對電機(jī)轉(zhuǎn)速控制嚴(yán)格，轉(zhuǎn)速達(dá)到很高的設(shè)備上。碳刷電機(jī)：通常動力設(shè)備使用的都是有刷電機(jī)，如吹風(fēng)機(jī)、工廠的電動機(jī)、家用的抽油煙機(jī)等等，另外串激電機(jī)的轉(zhuǎn)速也能達(dá)到很高，但是由于碳刷的磨損，使用壽命不如無刷電機(jī)。15.3空心杯電動機(jī)15.3.1結(jié)構(gòu)特點(diǎn)空心杯電動機(jī)在結(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，所謂的“空心”是指采用的是無鐵芯轉(zhuǎn)子，因?yàn)橛幸粋€(gè)像杯子一樣的線圈，所以也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。這種轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，同時(shí)其重量和轉(zhuǎn)動慣量大幅降低，從而減少了轉(zhuǎn)子自身的機(jī)械能損耗。空心杯電機(jī)屬于直流、永磁、伺服微特電機(jī)。也可以將其歸類為微特電機(jī)。由于轉(zhuǎn)子的結(jié)構(gòu)變化而使電動機(jī)的運(yùn)轉(zhuǎn)特性得到了極大改善，空心杯電動機(jī)具有突出的節(jié)能特性、靈敏方便的控制特性和穩(wěn)定的運(yùn)行特性，更為重要的是具備了鐵芯電動機(jī)所無法達(dá)到的控制和拖動特性，技術(shù)先進(jìn)性十分明顯。作為高效率的能量轉(zhuǎn)換裝置，在很多領(lǐng)域代表了電動機(jī)的發(fā)展方向。空心杯電機(jī)分為有刷和無刷兩種，有刷空心杯電機(jī)轉(zhuǎn)子無鐵芯（圖15-6），無刷空心杯電機(jī)定子無鐵芯。繞組采用三角形接法。這種結(jié)構(gòu)徹底消除了由于鐵芯形成渦流而造成的電能損耗，由于轉(zhuǎn)子重量大幅降低，所以轉(zhuǎn)動慣性減小，相比傳統(tǒng)鐵芯電機(jī)，大扭矩急加速急減速性能突出。整體來說，它有體積小，效率高，功率密度高，可控性高，噪音小，散熱效果好等優(yōu)點(diǎn)。主要缺點(diǎn)：由于沒有鐵芯支撐，線圈只能做得很薄，這也導(dǎo)致了線圈和輸出軸的連接強(qiáng)度有限，所以整體不可能做的太大。一般空心杯電機(jī)最大功率也就是幾百瓦。15.3.2空心杯電動機(jī)有刷與無刷區(qū)別直流空心杯有刷與無刷電動機(jī)結(jié)構(gòu)對比如圖1