玩转四旋翼无人机（攒机基础2）

电机

航模电机分无刷电机和有刷电机两种。无刷电机与有刷电机相比，缺少了交替变换电磁场的换向电刷，在运转时摩擦力减小，噪音降低，运转时不产生电火花，在目前的无人机市场上已成为主导，本章我们将介绍主要无刷电机。 无刷电机通过电子调速器（俗称电调）将输入的直流电变成三相交流电，利用三相交流电产生的旋转磁场驱动转子转动。电调通过从遥控器接收机接收控制信号，控制电机的转速，完成无人机的俯仰、横滚等动作。

上图展示了无刷电机的工作原理。

电机KV值

电机的重要参数是KV值，它指电机每增加1V电压，电机空转的转速每分钟增加的次数，我们可以用一个公式来表示：电机的转速（空载）=KV值＊电压 例如，KV1000的电机，在10V电压下，它的转速（空载）就是 10000转/分钟。 KV值高代表马达的内阻小，电流大，转速快，相同电压下爆发出来的功率高，拥有很好的极限转速，反之亦然。但受到电机的设计与材料限制，电机会有一个功率上限。 电机的KV值越大所产生的扭力就越小，KV值越低产生的扭力越大，所以KV值决定配什么样的桨。通常KV值高的电机配小的高速桨，KV值低的电机配大的低速桨，依实际情况而定。

比如KV值2100的电机，在11.1V的电压下，转速（空转）2100＊11.1=23310转每分钟，此时它可能刚好适合用5030桨，如果你硬给它配8060桨，电机可能也转得动，但电机和电调可能会烧掉。因为在这种情况下要带动8060桨，需要更大的扭力，而转速越快，提供的扭力就小。并非KV值2100的电机在任何情况下都适合带5030桨，如果电压高了，转速就更高了，扭力会减小，就需要换小桨。反之，如果在电压7.4V的情况下，就可以用稍大点的桨。

电机效率值

电机效率的标注方式是：G/W(克/每瓦) ，但电机的功率和拉力并不是成正比的，比如飓风3508KV380电机在111W的时候拉力可能是1010G，但244W时可能只有1570G。

大多数电机在3A~5A的电流下效率是最高的。正常飞行中效率通常保持在8G/1W以上，以保证续航能力。 以3508电机为例，假定参数显示的最大拉力为1890克，那么以它为电机的四旋翼理论的最大拉力就是7560克，但在实际飞行中，这样的电机组合肯定带不动7560克的机身。因为四轴的升力除了把自身抬起来之外，还要用一部分力来前进后退，左右横滚。除此之外还要考虑最关键的抗风。 建议是保留60%左右的升力来做这些飞行动作和抗风，避免因电池电压降低后因升力不足而炸鸡。仍以3508电机为例，其四个最大拉力是7560克，整机重量不超过最大拉力的40%，即3024克。保留的拉力值太少，会导致电机高负荷运行，既降低效率，又增加电机自身震动，影响飞控自稳，大风一起容易侧飘或炸机。

电调

无刷电机与有刷电机相比取消了碳刷结构，所以无刷电机需要一个能替代碳刷功能的部件，它就是电调。

电调的全称是电子调速器（electronic speed controller ，简称ESC），电调对应使用的电机类型不同，分为无刷电调和有刷电调。有刷电机转动时可以不用电调，但如果没有电调就无法控制电机的转速。而无刷电机必须要有电调，否则不能转动。

电调的功能

电调可以将输入的直流电转换为三相交流电以供电机使用，并根据飞控发出的控制信号控制电机的电压及电流大小，从而驱动电机实现需要的转速输出。电调具有电压变化器的作用，它通过转换电池电压以供接收机和飞控板工作。电机运转时的电流很大，当电机正常工作时，如果没有电调的存在，飞控板根本无法承受这样大的电流。

电调的连接

无刷电调的连接如下图所示：输入线与电池连接，信号线输入线与接收机连接，三根信号输出线（有刷两根）与电机连接。

电调一般有电源输出功能，即在信号线的正负极之间，有5V左右的电压输出，通过信号线为接收机供电，接收机再为舵机等控制设备供电。电调的参数A电调最常见的参数A指电调可稳定调整输出的电流量。例如30A的电调最大可稳定输出30A的电流，如果超标准使用，会导致电调烧毁。很多模友问：既然电调有最大电流的限制，那么选个大电流的电调就是不是就可以一劳永逸。其实不然，电调的大小与输出的电流成正比，电调的调整输出电流值越大，电调的重量也越大，这等于增加了无人机额外的重量。对于初学者而言，组装小四轴时使用20A～30A的电调基本就够用了。

BEC和UBEC的区别

BEC的全称是Battey Elimination Circuit，中文翻译成免电池电路。早期的航模接收机和舵机需要一个5V或6V的单独电池供电，模友们想到在电调里内置一个电路模块，将12V电池输出的电压转换到5V­6V给接收机和舵机使用，以便把2个电源并成1个电源（电机还是用12V供电的），这就是BEC（免电池电路）的由来。

BEC大多采用线性稳压方式，它的优点是线路简单、体积小，只要一个稳压管就可以；但缺点是转换效率不高，稳压的时候能量损耗大（线性稳压效率一般只有65%­70%），所以在工作过程中稳压管会很烫（电调发烫的主要热量就来自这个稳压管，真正控制电机的MOS开关管其实发热量不大的）。由于其效率不高，输出电流最大也就1A左右。

由于线性稳压的固有缺点，内置的BEC无法满足新的电流要求，模友们又想到把内置的BEC搬出来，单独做个体积更大输出电流更强的稳压模块，以满足大功率舵机的需求，它就是UBEC（Ultra Battery Elimination Circuit）。稳压模块独立后，体积限制已不成问题，索性就不采用低效率的线性稳压了，改用开关电源的方式来稳压。开关电源的优点是转换效率高（做得好的甚至能达到98%），稳压过程损耗小，发热降低。开关电源虽然有诸多优点，但元件过多使它体积偏大，并产生较强的电磁干扰，一般UBEC的说明书上都会建议将UBEC放置得离接收机越远越好。有模友反映，UBEC除了产生较强的电磁辐射外，其电源输出也并不十分纯净，有电源波纹存在，这样对PPM的遥控方式影响就很大，所以建议还是用PCM遥控方式比较好。（PPM与PCM的区别在遥控器篇会有介绍）

电调的编程

电调有很多功能模式，电调的编程可以直接将电调连接至遥控接收机的油门输出通道（通常是3通道），按说明书的介绍在遥控器上通过搬动摇杆进行设置。通过遥控器设置电调，一定要接上电机，因为说明书上说的“滴滴”类的声音，是通过电机发出来的。另外还可以通过厂家的编程卡来进行设置（需要单独购买），这个方法简单，无需接遥控器。
电调有快速响应和慢速响应的区别，四轴无人机需要快速响应的电调，可以通过编程来设置响应速度。为了保险起见，一定要将购买的电调设置一致，否则容易造成电调的启动模式不一致，使电机有的转得快，有的转得慢。

电池和电调的搭配

电池和电调进行搭配时需要注意几个原则：
一是电池的电压一定不能超过电调的最高承载电压。
二是电池的电流持续输出应大于电调的最大持续电流输出。例如以2200mAh／20C电池为例，它的电流输出是2200*20/1000=44A，如果电调小于44A，则配合起来没问题。
三是电机工作电压由电调决定，而电调电压由电池输出决定，所以电池的电压要等于或小于电机的最大电压。
四是电调最大电压不能超过电机能承受的最大电压。

电机和电调的搭配

在确定了适合所选定的无人机的电机后，需要依据选用的电机确定它的最大电流，然后挑选电调和电池。电调的输出电流必须大于电机的最大电流，电池输出电流一样要大于电机的最大电流，越大越好。例如，电机带螺旋桨的最大负载电流是20A，就必须选取输出20A以上电流的电调，越大越保险。
电池的选取和电调一样，它的输出电流是越大越好。电池的放电电流达不到电调的电流时电调就发挥不了最高性能，而且电池会发热，产生爆炸，所以一般情况都需要电池的电流大于电调的电流。

refer

1. http://www.exuav.com/forum.php?mod=viewthread&tid=664&extra=page%3D1%26filter%3Dtypeid%26typeid%3D41
2. http://www.exuav.com/forum.php?mod=viewthread&tid=650&extra=page%3D1%26filter%3Dtypeid%26typeid%3D41
3. https://en.wikipedia.org/wiki/Brushless_DC_electric_motor