《能源与动力设备》doc版

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1、浪子模型网www.cnmox.com第三章能源与动力设备第一节电动机与电池随着技术的发展，高效率、质量轻的电动机和高容量密度的电池开始越来越多的用在模型飞机上了。电动模型飞机启动容易、准备时间短，噪音小，没有排气污染，因此相对于其他的能源是一种绿色的能源。配置高性能的电池和电动机的航模在航行时间上已经和内燃机动力的差不多，而控制更加容易，价格差异已经不太大了。模型飞机用的动力电机是一种强力电机，它的功率密度比较大，即单位重量的电动机能产生较大的功率，电流一般都比较大，因此对于电池要求比较高，一般都是用大电

2、流放电的充电电池组。航模用的电动机都是永磁直流电机，分有刷和无刷两大类，电池组有镍铬、镍氢、锂离子、太阳能等。电压一般在9~12伏之间，电流从几安到几十上百安。一、有刷直流电机有刷电机通常用280、380、545等来标示其型号。这通常指的是电动机的近似长度（电机金属外壳长度，单位×10-1mm），国外通常用直径×长度来表示电机的尺寸型号，如2535，相当于国内的360电机。图3-1普通有刷电机有刷直流电机的转子通常为三极，采用优质冷轧硅钢片叠制而成，绕有耐高温漆包线圈。多数航模电机动力电机都采用碳质电刷和

3、铜质镀银换向器（又称整流子），以满足大电流下比较长的寿命。但是直径10毫米左右的微型电动机由于体积太小，不容易采用碳刷结构，多数都是采用的银质丝状电刷，在大电流下工作寿命比较短。为了降低碳刷的电阻，多数电刷采用的是含铜石墨，体积电阻率比较低，这样在大电流下碳刷的压降就比较小，碳刷发热小。为了保证足够低的接触电阻，碳刷用弹簧紧压在换向器上。新电机为了保证碳刷和换向器的接触面积，需要低电压空载磨合，使电刷的换向器充分接触，避免接触电阻发热。有刷直流电机的转速和输出功率是随着电机工作电压的提高而提高的。但是有刷

4、直流电动机的机械特性比较硬，也就是说有刷直流电机具有近似恒功率的特性，负载扭矩低则转速高，负载扭矩高则转速低，电机需要工作在合适的转矩和转速下才能得到最高的工作效率，否则工作电流大，发热严重。模型用电机转速都比较高，转速一般都在一万转每分钟以上，为了获得比较高的效率，模型用电机通常要接减速组，得到低速大扭矩输出。141有刷直流电机的转速控制是通过改变电机工作电压的方法实现的，常用PWM斩波控制，该控制器通常称为电子调速器简称电调，也有称为电子风门的。111312109876543211、消火花电容2、电刷

5、压紧弹簧3、电刷4、转子线圈5、永磁定子6、外壳7、主轴2、8、磁体固定卡簧9、转子铁芯10、电刷架11、电源线12、换向器13、轴承图3-2有刷直流电机结构示意图电机定子为环形或瓦形永久磁钢。随着磁性材料的发展，航模电机 很多都采用了稀土永磁体。同普通铁氧体永磁体相比，这种磁性材料顽矫力很高，可达800kA/m，磁感应强度一般都可以达到0.5~0.8T（1特斯拉=10000高斯），磁能积可达200-300J/m3，烧结钴、钕铁硼稀土永磁体性能更高，可达1.2~1.3T，400J/m3，正因为高性能永磁体

6、的性能得以大幅度提高，电动机的功率密度和效率大大提高，有刷电机可以达到73%甚至更高。而无刷电机的效率可达80%以上。但是稀土永磁体有一个缺点，它的居里点温度比较低，一般在150℃左右，而铁氧体永磁体的居里点温度在300℃以上，这样稀土电机在使用不当时温升过高就会使永磁体退磁。再加上铁氧体永磁体地成本相对比较低，所以还是有比较多的微型电动机采用的是铁氧体永磁体作为定子。电动机的定子磁钢固定在铁质外壳内，靠外壳和内转子形成磁回路。有些航模电机为了减轻重量，铁质外壳比较薄，因此漏磁比较大，电机外壳可以吸引铁磁

7、性材料。采用稀土永磁体的电机效率高，电流大，转速高，因此大功率的电机的碳刷和换向器都比较大，并且要制作成容易更换的结构，散热也要良好，必要时需要加装散热片。141图3-3钴稀土永磁体有刷电机普通有刷电机转子体积比较大，转动惯量比较大，对于一些换向频繁的情况如舵机动力，就会严重的影响舵机的反应速度，使舵机反应存在滞后。空心杯转子电机（corelessmotor）是一种特殊的电动机。如图3-4所示，它的转子没有铁芯，由绝缘漆包线绕成杯状，转子夹在定子的气隙中，定子气隙比较大。由于转子质量轻，电机的响应速度很快

8、，适合频繁换向，但是电机的输出功率比较小。通常采用端面电刷而不是径向电刷。图3-4空心杯电机二、无刷电机（brushlessmotor）无刷电机没有换向器和电刷，它的转子为永磁体，定子上有绕组线圈。由于没有电刷，因此降低了电刷的接触电阻，并且没有电刷的磨损，除了轴承磨损之外，寿命几乎是永久的。再加上它的效率很高，功率密度更大，将是今后航模动力的发展方向。用于遥控模型的无刷电机多为内转子型。内转子型无刷电机的构造是转子磁钢在里边