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無人機(jī)市場被帶火了之后,很多供應(yīng)鏈上游的行業(yè)重新煥發(fā)了生機(jī),比如做碳纖維的、做電池的,甚至做起落架的。其中,很多配件都在適應(yīng)著無人機(jī)行業(yè)的變化,比如電機(jī)。
無人機(jī)的崛起讓這些原本從事普通電機(jī)制造的企業(yè)看到了希望,部分企業(yè)開始借此機(jī)會(huì)轉(zhuǎn)戰(zhàn)無人機(jī)電機(jī)市場,甚至連原本從事智能終端、安防甚至是玩具等領(lǐng)域的企業(yè)也大批量進(jìn)入無人機(jī)領(lǐng)域。
其實(shí)電機(jī)是簡稱,一般叫它電動(dòng)機(jī),是將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能的一種轉(zhuǎn)換器,由定子、轉(zhuǎn)子;鐵心、磁鋼主要部分組成。電動(dòng)機(jī)的工作原理與磁鐵類似,利用電產(chǎn)生相同的電極,相互排斥,就產(chǎn)生了電機(jī)旋轉(zhuǎn)。
看到這里,想必讀者會(huì)回憶起初中所學(xué)的電磁感應(yīng)原理,想不起來也沒關(guān)系,可以去百度了。
無人機(jī)最早是航模時(shí)代發(fā)展過來的,既然航模是無人機(jī)的前身,那航模最早是用的什么電機(jī)呢?航模最早采用的是有刷電機(jī),其內(nèi)置機(jī)械換向器,轉(zhuǎn)子的是中間的鐵心,在鐵心后端有3個(gè)以上的銅片,這個(gè)銅片就是通過外部緊緊夾在上邊的碳刷為線圈供電的。隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng),夾在兩邊的碳刷是固定不動(dòng)的,也就在電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中起到了換向的作用,這也可以叫做換向器,換向器隨著電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)不斷的變換著方向,而轉(zhuǎn)子外邊就是由兩塊磁鋼緊緊貼在電機(jī)外殼上。
但有刷電機(jī)體積大,笨重,功率小,壽命短,碳刷很容易隨著長時(shí)間的工作或電壓過高負(fù)載過大,在很短時(shí)間內(nèi)磨損很嚴(yán)重。所以,目前無刷電機(jī)逐漸取代了有刷電機(jī)。
無刷電機(jī)沒有有刷電機(jī)一樣內(nèi)置換向器,不能夠獨(dú)立工作,必須有換向器的配合,也就是無刷電調(diào)才可以工作。無刷電機(jī)中還有一種外轉(zhuǎn)子電機(jī)了,這種電機(jī)散熱性好,磁極數(shù)多,扭矩相比內(nèi)轉(zhuǎn)子電機(jī)大,轉(zhuǎn)速低,大部分應(yīng)用于航模、無人機(jī)的較多。
無刷電機(jī)由于沒有了碳刷的存在,壽命大幅度提升。另外,無刷電機(jī)轉(zhuǎn)速同比有刷電機(jī)轉(zhuǎn)速要高出很多。這也引發(fā)了一些問題,在早起無刷電機(jī)剛面世的時(shí)候,由于大多配合低速槳使用,經(jīng)常“爆殼”與“爆槳”。爆殼是指電機(jī)轉(zhuǎn)速過高,由于離心力過大所致電機(jī)外殼爆裂,導(dǎo)致磁塊迅速飛出。爆槳也差不多,就是在達(dá)到一定的轉(zhuǎn)速后,由于離心力或其他力向?qū)е侣菪龢獜碾姍C(jī)飛出甩向四周。還有,無刷電機(jī)使用的是外部電子換向器,換向頻率8KHZ,頻率非常高,也致使電機(jī)功率加大了很多,同有刷電機(jī)相比重量也輕了很多。
而在無刷電機(jī)逐漸攻占無人機(jī)市場的時(shí)候,也帶動(dòng)了另一個(gè)配件的紅火,電調(diào)。由于無刷電機(jī)不能獨(dú)立工作,必須有電調(diào)作為換向器配合才能工作,所以電調(diào)市場也被帶起來了?,F(xiàn)在無人機(jī)電機(jī)是什么情況呢?
消費(fèi)級(jí)無人機(jī)使用的是直流無刷電機(jī),其在電機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和電機(jī)控制算法等技術(shù)方面都有一定的要求,也需要嚴(yán)格的性能測(cè)試與技術(shù)驗(yàn)證體系來保證產(chǎn)品的可靠性。隨著高性能芯片的發(fā)展,電機(jī)不僅能夠滿足導(dǎo)航傳感器的信息融合,而且可以實(shí)現(xiàn)無人機(jī)的最優(yōu)控制,技術(shù)門不高。
電機(jī)的振動(dòng)幅度對(duì)于無人機(jī)的性能有著重要影響。在飛行過程中,電機(jī)一般會(huì)帶來較強(qiáng)烈的振動(dòng),一旦減震控制不好,就會(huì)在飛行過程中產(chǎn)生很大的加速度,勢(shì)必會(huì)帶來陀螺輸出的變化,進(jìn)而引起角度變化,電機(jī)就會(huì)延誤動(dòng)作,最后給用戶的直觀感覺就是無人機(jī)不平穩(wěn)。
加速度和重量的增加會(huì)給整個(gè)電機(jī)系統(tǒng)帶來更大的壓力,無人機(jī)之所以能懸停,可以做航拍,是因?yàn)槲C(jī)電系統(tǒng)可以檢測(cè)無人機(jī)在飛行過程中的俯仰角和滾轉(zhuǎn)角變化。當(dāng)電機(jī)控制系統(tǒng)檢測(cè)到角度變化后,就可以控制電機(jī)向相反的方向轉(zhuǎn)動(dòng),進(jìn)而達(dá)到穩(wěn)定的效果。專業(yè)級(jí)無人機(jī)至少需要用到四至六顆無刷電機(jī),用來驅(qū)動(dòng)無人機(jī)的旋翼,電機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器則用來控制無人機(jī)的速度與方向。電機(jī)控制系統(tǒng)對(duì)無人機(jī)的穩(wěn)定性至關(guān)重要,因此,專業(yè)級(jí)無人機(jī)的電機(jī)系統(tǒng)要更精準(zhǔn)可靠,這也是無人機(jī)電機(jī)領(lǐng)域的電機(jī)企業(yè)需要改進(jìn)的方向。
另外,電機(jī)上的繞圈質(zhì)量也對(duì)無人機(jī)的性能起到重要作用。線圈的數(shù)量直接跟電磁力的大小有關(guān)系,多繞一圈或少繞一圈都會(huì)改變磁場的分布,所以會(huì)影響電磁力,而電磁力直接影響到電機(jī)的輸出功率。所以,一旦繞線數(shù)量改變了,直接影響無人機(jī)的性能。據(jù)了解,目前國內(nèi)的很多無人機(jī)電機(jī)還在采用人工繞線的方式,尤其是植保機(jī)領(lǐng)域。因?yàn)槔@線設(shè)備的費(fèi)用較為高昂,很多電機(jī)廠商為了壓縮成本,不購置繞線設(shè)備,只能依靠人力。
在消費(fèi)級(jí)無人機(jī)已成紅海的情況下,專業(yè)級(jí)無人機(jī)迎來了高速發(fā)展時(shí)期,但專業(yè)級(jí)無人機(jī)對(duì)相關(guān)的電機(jī)和電機(jī)控制的要求特別高,從智能終端等領(lǐng)域轉(zhuǎn)行做電機(jī)的那一批廠商,能否提供更加精確、更加穩(wěn)定的電機(jī)及控制方案?這是把握住專業(yè)級(jí)無人機(jī)高速發(fā)展的重要契機(jī)。