商用电机在精准可靠方面有待加强

来源:宇辰网 作者:宇辰网 时间:2017-01-08 分享至:
[宇辰导读]电机搭上了消费级无人机的顺风车,是否也能搭上专业级无人机的便车呢?

无人机市场被带火了之后,很多供应链上游的行业重新焕发了生机,电机就是其中一个。无人机行业的电机从航模起家,到消费级无人机,再到如今的行业级无人机,一路发展,对其精准、稳定、可靠性能的要求越来越高。

业内有人士指出,无人机整机几乎赚不到钱,倒是做碳纤维的、做电池的,甚至做起落架的等上游企业赚了钱。大概正是这一点让原本从事普通电机制造的企业看到了希望,部分企业开始借此机会转战无人机电机市场,甚至连原本从事智能终端、安防甚至是玩具等领域的企业也大批量进入无人机领域。

电机内部示意图/图  来源网络

其实电机是简称,一般叫它电动机,是将电能转化为机械能的一种转换器,由定子、转子;铁心、磁钢主要部分组成。电动机的工作原理与磁铁类似,利用电产生相同的电极,相互排斥,就产生了电机旋转。

看到这里,想必读者会回忆起初中所学的电磁感应原理,想不起来也没关系,可以去百度了。

电机的组成/图  来源网络

无人机最早是航模时代发展过来的,既然航模是无人机的前身,那航模最早是用的什么电机呢?航模最早采用的是有刷电机,其内置机械换向器,转子的是中间的铁心,在铁心后端有3个以上的铜片,这个铜片就是通过外部紧紧夹在上边的碳刷为线圈供电的。随着电机的转动,夹在两边的碳刷是固定不动的,也就在电机转动的过程中起到了换向的作用,这也可以叫做换向器,换向器随着电机的转动不断的变换着方向,而转子外边就是由两块磁钢紧紧贴在电机外壳上。

但有刷电机体积大,笨重,功率小,寿命短,碳刷很容易随着长时间的工作或电压过高负载过大,在很短时间内磨损很严重。所以,目前无刷电机逐渐取代了有刷电机。

无刷电机没有有刷电机一样内置换向器,不能够独立工作,必须有换向器的配合,也就是无刷电调才可以工作。无刷电机中还有一种外转子电机了,这种电机散热性好,磁极数多,扭矩相比内转子电机大,转速低,大部分应用于航模、无人机的较多。

无刷电机/图  来源网络

无刷电机由于没有了碳刷的存在,寿命大幅度提升。另外,无刷电机转速同比有刷电机转速要高出很多。这也引发了一些问题,在早起无刷电机刚面世的时候,由于大多配合低速桨使用,经常“爆壳”与“爆桨”。爆壳是指电机转速过高,由于离心力过大所致电机外壳爆裂,导致磁块迅速飞出。爆桨也差不多,就是在达到一定的转速后,由于离心力或其他力向导致螺旋桨从电机飞出甩向四周。还有,无刷电机使用的是外部电子换向器,换向频率8KHZ,频率非常高,也致使电机功率加大了很多,同有刷电机相比重量也轻了很多。

而在无刷电机逐渐攻占无人机市场的时候,也带动了另一个配件的红火,电调。由于无刷电机不能独立工作,必须有电调作为换向器配合才能工作,所以电调市场也被带起来了。

现在无人机电机是什么情况呢?

据泡泡网文章称,消费级无人机使用的是直流无刷电机,其在电机结构设计和电机控制算法等技术方面都有一定的要求,也需要严格的性能测试与技术验证体系来保证产品的可靠性。随着高性能芯片的发展,电机不仅能够满足导航传感器的信息融合,而且可以实现无人机的最优控制,技术门槛不高。

电机的振动幅度对于无人机的性能有着重要影响。在飞行过程中,电机一般会带来较强烈的振动,一旦减震控制不好,就会在飞行过程中产生很大的加速度,势必会带来陀螺输出的变化,进而引起角度变化,电机就会延误动作,最后给用户的直观感觉就是无人机不平稳。

据加速度和重量的增加会给整个电机系统带来更大的压力,无人机之所以能悬停,可以做航拍,是因为微机电系统可以检测无人机在飞行过程中的俯仰角和滚转角变化。当电机控制系统检测到角度变化后,就可以控制电机向相反的方向转动,进而达到稳定的效果。专业级无人机至少需要用到四至六颗无刷电机,用来驱动无人机的旋翼,电机驱动控制器则用来控制无人机的速度与方向。电机控制系统对无人机的稳定性至关重要,因此,专业级无人机的电机系统要更精准可靠,这也是无人机电机领域的电机企业需要改进的方向。

电机线圈绕线机/图  来源网络

另外,电机上的绕圈质量也对无人机的性能起到重要作用。线圈的数量直接跟电磁力的大小有关系,多绕一圈或少绕一圈都会改变磁场的分布,所以会影响电磁力,而电磁力直接影响到电机的输出功率。所以,一旦绕线数量改变了,直接影响无人机的性能。据了解,目前无人机电机绕圈方式有两种,人工绕线和机器绕线。据业内人士指出,人工绕线的成本更高,机器绕线需要走线器,不能满幅(即铁芯绕满),所以,市面上看到的大功率高效电机都是人工绕线。

在消费级无人机已成红海的情况下,专业级无人机迎来了高速发展时期,但专业级无人机对相关的电机和电机控制的要求特别高,从智能终端等领域转行做电机的那一批厂商,能否提供更加精确、更加稳定的电机及控制方案?这是把握住专业级无人机高速发展的重要契机。

注:本文部分内容参考泡泡网《无人机热将转向专业级,国内电机尚有不足》及论坛相关信息。


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