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【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992)

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发表于 2020-8-14 10:23:31 | 显示全部楼层 |阅读模式

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本帖最后由 haotianq 于 2020-8-17 20:41 编辑

文/图 KID

有刷电机是一种非常神奇的东西,它是RC仿真攀爬车翻山越岭、跋山涉水、飞檐走壁的主要动力输出。
【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 3146

普通的有刷电机就跟普通的游戏装备一样,线性普通、扭力、功率都是那么的普通。


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如果是一颗增加了BUFF或者附魔的有刷电机,在使用的时候可能会出现意想不到的效果。

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 4963

今天我们就来解析一下电机上的一些黑魔法,顺便教大家一些在电机上附魔、加buff的小技巧。

有刷电机原理

不过在介绍附魔之前,我们还是得先学习一下有刷电机的一些基础知识。

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 4715

有刷电机主要有带永磁体的定子、带线圈的转子、换向器和电刷组成。

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 4493

通过转子的线圈产生的磁场与电机外壳上的磁铁相互作用使电机转子不停的旋转,同时电刷与换向器共同协作,保证电机的转子与定子的磁极始终处于一个相对应的位置。
电机的工作原理讲完了,接下来我们来来说正事了。

电机附魔篇

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 4926

从上面这张电机内部我们可以看到转子、动平衡、抗干扰亚敏电阻和电刷至少四个可以实现附魔的地方。除此之外,磁力更强的永磁体也能够对电机性能的提升起到非常关键的作用。在这其中,除了动平衡以外,其他的难度相对来说并不高,稍有动手能力的小伙伴就能够完成。(由于动平衡的检测需要专业的仪器设备,所以下面就不再做电机的动平衡说明了。)

电刷、换向器附魔

电刷和换向器作为一个整体的结构,起到为电机提供持续电源和改变线圈电流方向的作用,两者之间的结合越紧密、电阻越小,电机线圈所接收到的电能越充足,电机的效率也会更高。

有的小伙伴可能会看到,在有刷电机的尾部焊接一个抗压敏干扰电阻。这是因为电机在启动时电丫会出现比较大的变化,而压敏电阻则能够将过大的电压释放出来,起到保护电机的作用,同时压敏电阻还能够起到减少电刷火花的作用。

定子附魔


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定子的附魔一般来说比较简单,更换磁力更强的磁钢即可。另外,更换更顺滑的轴承也可以为电机的效率加分哟!

转子附魔



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有刷电机的转子一般为内转子,它是由铁芯与绕组线圈构成。当线圈通电时,转子的线圈和铁芯便会产生一个磁场,从而驱动转子进行旋转。在电机旋转过程中,换向器会按不同的顺序持续给绕组供电,因此转子产生的磁极一般不会与定子产生的磁极重叠。

转子一级附魔 —— 铁芯

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转子的铁芯一般是由一层一层的硅钢片组成,硅钢片的作用就是把磁铁的磁路引导过来并形成回路。而转子铁芯之所以做成薄片状,则主要是为了降低转子在磁场中运转所产生的涡流。

这就类似于电磁炉的原理,当铁锅放上电磁炉上面之所以会发热,其实这就是因为类似于铁的材料放在快速变化的电磁场中会产生涡流损耗而发热,并且频率越高发热量越大。而硅钢片处在电机的旋转磁场当中,就是和那放在电磁炉上的铁锅一样遇到了同样的问题,解决的办法就是往钢里添加硅并且做成薄片,理论上越薄的硅钢片产生的涡流损耗就越小。

所以这里给转子一级附魔便是改变硅钢片的厚度。

转子二级附魔 —— 线圈绕组

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金属在磁场中的受力公式为:F=BIL
其中:B为磁感应强度在垂直于导体方向的分量;I为电流强度;L为导体长度。

从上面的公式我们可以看出,当其他条件不变时,定子的线圈越长,电机磁场越强、扭力越大。

有刷电机的线圈越长,缠绕在定子铁芯上的圈数就会越多,这个圈数也就是电机的T数,所以我们在选购电机的时候经常会到电机上标有21T、26T、45T之类的东西。

当无负载的时候,导线在磁场中的感应电压方程式:e = v x B x l
其中:e为导线上的感应电压;v为电流在导线中的速度;B为磁感应强度在垂直于导体方向的分量;l为导线在磁场中的长度。

当马达运转到一个稳定速度时,感应电压值上升到等于导线两端的电压,电流趋近于零,这时导线在磁场的速度计算公式为:v = V / (B x l)
其中:V为导线两端的电压,其他不变。

所以,在外电压不变的情况下,导线速度(v)是与导线长度(l)成反比。也就是:导线愈短,速度愈快。但也不能过短,否则起动电流过大,马达动不了。

另外,电机在运转的时候还会产生一种明教反电动势的东西。即在电机在运转的时候,线圈中磁通量会发生改变,产生感应电动势,这个电动势与电源所产生的电动势作用相反,我们把这个作用相反的电动势称为反电动势。

由反电动势的计算公式:E1=4.44*KE*FN*NL*ф
其中:KE为比例常数;FN为定子电流的频率;NL为每相定子绕组的T数;ф为主磁通的振幅值。

可得:当电流和磁通振幅一定时,线圈的T数越大,反电动势也会越大,并且反电动势的增量>线圈T数所产生的磁场增量。(由于篇幅所限,这里就只放结果,具体原因和计算方法欢迎小伙伴们自行计算。)

所以线圈T数越小的电机所产生的反向电动势越少,反电动势越少阻力则会越小,电机的转速自然会更快。


【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 7811
除了反电动势,线圈的饱满程度也提升电机效率的一个重要方面。说到这里就不得不提到传说中的手绕电机了,下面正式推出技术宅梦寐以求的干货——手绕电机教程。

手绕电机教程

玩过四驱车的人对这种东西应该不陌生,不过那时候是因为经济条件所限,没有多余的钱来购买强力电机,坏掉的电机也舍不得扔,迫不得已将坏掉的电机重新修复的结果。不过当时大多数手绕电机完全没有章法规律可言,基本属于胡搞瞎搞。

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 8190

而现在的手绕电机价格却比普通电机贵不少,这主要是因为在老司机手里绕出来的电机,无论是绕线密度、线圈饱都非常的理想,并且还能够根据自己的需求进行定制化加工。

手绕电机也存在很多不确定的因素,即使是同一个老司机使用同一种手法绕出来的电机也不能保证电机性能完全相同。


要想成功的绕出一个能转动的电机,你需要准备上图所示设备:有刷电机一颗、漆包线一卷、502胶水一瓶,电烙铁、美工刀、螺丝刀这些就不用说了,是作为一个技术宅家中必备的必需品。除此之外,你还得要有一颗不怕失败的恒心。

准备工作完成之后,接下来就是搞破坏的时间了。首先要把电机拆掉,将线圈拆下来。(拆的时候注意漆包线的绕法,最好是拍照记录!)

拆完之后想一下你要绕那种规格的定子。一般来说速度车的定子是在20T左右,攀爬车、军卡、大脚车这些慢车是在40T左右。

【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 303


540电机绕20T的线圈漆包线直径大约是0.8~0.9mm左右,40T左右的线圈直径大约是0.5~0.6mm左右。

绕线方式有单线单绕、双线双绕、双线单绕、单线复绕等多种方式。


【技术贴】有刷电机实用指南(转自5IMX cst1992) 仿真,电机,DIY,马达,DIY 作者:haotianq 1950

一极绕完之后将漆包线与换向器焊接部位的漆用美工刀挂掉,完成之后上锡就可以了。在绕的时候尽量保证每一极漆包线都紧密扎实、牢靠。

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在最后不要忘记用502胶水或者其他胶水固定一下线圈,以免在电机运转的时候将线圈甩出来。(上图为没有用胶水固定的结果)

最后再说一句,电机的改装存在一定的风险和失败因素,一颗好的电机的出现也不是一蹴而就的,其中可能也会经历失败,甚至因为改装不当而损毁电机。另外,在改装的时候选择合适的改装配件也是关键,比如压敏电阻的流通容量和流通能力并不是越大越好,需要根据电机的功率进行相应的搭配。好了不说了,我要去试试我的DIY电机了,祝各位新老司机们能够成功GET到电机附魔新技能。

(转自5IMX cst1992)




发表于 2020-8-14 16:20:03 | 显示全部楼层
支持一下:lol
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发表于 2020-8-15 14:35:06 | 显示全部楼层
好贴好贴~支持一下
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发表于 3 天前 | 显示全部楼层
有意思,学习了。我就自己绕过4次无刷电机
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