力矩右手定则图解干货丨图解无刷电机工作及控制原理！

分享一些关于无刷电机工作原理的知识，保证只有高一物理知识的朋友才能看懂。希望有兴趣的朋友能耐心往下看，互相学习！

首先我来复习几个基本规则:左手规则，右手规则，右手螺旋规则。别傻了。稍后我会向你解释。

左手定则是分析电机旋转力的基础，简单的说就是磁场中的载流导体会受到力的作用。

三相线分开，电机可以轻松旋转

三相线合并，电机旋转阻力很大

右手螺旋尺，用右手握住通电的螺线管，使四指弯曲与电流方向一致，那么拇指所指的一端就是通电螺旋管的N极。

这个规律是判断通电线圈极性的依据，红色箭头的方向就是电流方向。

看完三条规则，我们先来看看电机旋转的基本原理。

第一部分:DC汽车模型

我们找到了一个中学物理已经学过的DC运动模型，用磁回路分析法做了简单的分析。

状态1

当电流作用于两端线圈时，按照右手螺旋规律，会产生一个指向右边的外加磁感应强度B(如粗箭头所示)，而中间转子会尽量保持其内部磁感应线方向与其外部磁感应线方向一致，从而形成最短的闭合磁力线回路，使内部转子顺时针旋转。

当转子磁场方向与外磁场方向垂直时，转子的旋转力矩最大。注意这里说的是“力矩”最大，不是“力”最大。诚然，当转子磁场与外磁场同向时，作用在转子上的磁力最大，但此时转子处于水平状态，力臂为0，所以不会转动。补充一下，力矩是力和臂的乘积。如果其中一个为零，则乘积为零。

当转子转到水平位置时，由于惯性会继续顺时针旋转，如果改变两端螺线管的电流方向，如下图所示，转子会继续顺时针向前旋转。

状态2

如果两个电磁阀的电流方向连续改变，内转子将继续旋转。这种改变电流方向的动作叫做换向。附加一句:何时换相只与转子位置有关，与其他任何量都没有直接关系。

第二部分:三相两极内转子电机

一般来说，定子的三相绕组有星形接线方式和三角形接线方式，最常用的是“三相星形接线的二二导通方式”，这里就用这个模型来简单分析一下。

上图为定子绕组的连接方式(转子假设为双极磁体，未显示)，三个绕组通过中心连接点连接在一起呈“Y”形。整个电机引出三根线a、b、C..当它们之间有电的时候，有六种情况，分别是AB，AC，BC，BA，CA，CB，CB。注意是有顺序的。

我来看第一阶段:AB相带电

AB相通电时，A极线圈产生的磁感应线方向显示为红色箭头，B极方向显示为蓝色箭头，所以合力方向显示为绿色箭头。假设有一个双极磁铁，按照“中间转子会尽力保持其内部磁感应线与外部磁感应线一致”，N极的方向会与绿色箭头所示的方向重合。至于C，他暂时没事干。

第二阶段:交流相通电

第三阶段:BC相通电

第三阶段:BA相带电

为了节省篇幅，我们不一一描述CACB的模型，可以自行类比。下面是中间磁铁(转子)的状态图:

每个过程转子旋转60度

完整的旋转分六个过程完成，包括六次换向

第三部分:三相多绕组多极内转子电机

我们再看一个复杂的点。图(a)为三相九绕组六极(三对极)内转子电机，其绕组连接方式如图(b)所示。从图(b)可以看出，三相绕组也是在中点连在一起的，也属于星形连接方式。一般来说，电机的绕组数量与永磁体的数量不一致(例如，用9绕组6极代替6绕组6极)，以防止定子的齿与转子的磁钢相吸并对齐。

其运动原理是转子的N极和带电绕组的S极有对齐的运动趋势，而转子的S极和带电绕组的N极有对齐的运动趋势。

即s和n相互吸引，并注意与以往分析方法的一些区别。

好吧，再帮你分析一下。

第一阶段:AB相带电

第二阶段:交流相通电

第三阶段:BC相通电

第四阶段:BA电气化

第五阶段:CA上电

第六阶段:断路器电气化

以上是六种不同的通电状态，其中经历了五个旋转过程。每个过程都是20度。

第四部分:外转子无刷DC电机

在阅读了内转子无刷DC电机的结构后，让我们来看看外转子。区别在于外转子电机是将中心位置的磁钢做成碎片，粘在外壳上。电机运转时，整个外壳转动，中间的线圈定子不动。外转子无刷DC电机的转动惯量比内转子大很多(因为转子的主要质量集中在外壳上)，所以转速比内转子电机慢，KV值一般在几百到几千之间。它也是一种主要用于飞机模型的无刷电机

顺便说一下。无刷电机的KV值定义为:转速/V，即输入电压每增加1V，无刷电机的转速空增加。例如，标称值为1000KV的外转子无刷电机的最大空负载速度为11000rpm(rpm表示每分钟转数)。

同系列同尺寸的无刷电机，根据绕组匝数会表现出不同的KV特性。绕组匝数多，KV值低，最大输出电流小，转矩大；绕组匝数少，KV值高，最大输出电流大，转矩小。我之前测试过横移机的2204电机的极限电流，单个电机可以超过25A，而2212系列电机甚至不能超过15A。

外转子无刷DC电机的结构

分析方法与内转子电机相似。可以自己分析。根据右手螺旋定理，可以判断线圈的N/S极。转子永磁体的N极与定子绕组的S极对齐，转子永磁体的S极与定子绕组的N极对齐，从而驱动电机旋转。

2212 1000kv无刷电机结构分析

图为DJI 2312S电机和XD 2212电机(解剖图)

结构如下:定子绕组固定在底座上，转轴和外壳固定在一起形成转子，轴承插在定子中间。

图为xxd2212线圈拆卸图

图为12绕组14极(即7对极)电机绕组的绕组模式

后面显示了两相通电的六种情况。可以看出，虽然绕组和极数可以多种方式改变，但从电气控制的角度来看，通电顺序实际上是相同的，也就是说，外转子和内转子电机都遵循AB->:AC->；BC->；BA->；CA->；断路器序列通电并换向。当然，如果要反转电机，电子的方法是反向通电；物理方法直接切换任意两行，假设A和B切换，那么顺序是BA->:BC->；AC->；AB->；CB->；CA你有没有注意到这里的顺序完全颠倒了？