最全讲解 | 无刷电机工作及控制原理

三相多绕组多级内转子电机

我们再来看一个复杂点的。图8(a)是一个三相九绕组六极（三对极）内转子电机，它的绕组连线方式见图8(b)。从图8(b)可见，其三相绕组也是在中间点连接在一起的，也属于星形联结方式。

一般而言，电机的绕组数量都和永磁极的数量是不一致的（比如用9绕组6极，而不是6绕组6极），这样是为了防止定子的齿与转子的磁钢相吸对齐。

图8 三相九绕组六极内转子电机

其运动的原则是：转子的N极与通电绕组的S极有对齐的运动趋势，而转子的S极与通电绕组的N极有对齐的运动趋势。即为S与N相互吸引，注意跟之前的分析方法有一定的区别。

图9 六种通电状态

图9为六个不同的通电状态。其中经历了五个转动过程，每个过程为20度，如图10 所示。

图10 转动过程

外转子无刷直流电机

看完了内转子无刷直流电机的结构，我们再来看外转子的。其区别就在于，外转子电机将原来处于中心位置的磁钢做成一片片，贴到了外壳上，电机运行时，是整个外壳在转，而中间的线圈定子不动。

外转子无刷直流电机较内转子来说，转子的转动惯量要大很多（因为转子的主要质量都集中在外壳上），所以转速较内转子电机要慢，通常KV值在几百到几千之间，也是航模主要运用的无刷电机。

无刷电机KV值定义为：转速/V，意思为输入电压每增加1伏特，无刷电机空转转速增加的转速值。比如说，标称值为1000KV的外转子无刷电机，在11V的电压条件下，最大空载转速即为：11000rpm（rpm的含义是：转/分钟）。

同系列同外形尺寸的无刷电机，根据绕线匝数的多少，会表现出不同的KV特性。绕线匝数多的，KV值低，最高输出电流小，扭力大；绕线匝数少的，KV值高，最高输出电流大，扭力小。我先前测试过穿越机2204电机的极限电流，单电机能彪上25A，而2212系列电机15A都上不了。

图11 外转子无刷直流电机结构

分析方法也和内转子电机类似，大家可以自己分析一下，根据右手螺旋定理判断线圈的N/S极，转子永磁体的N极与定子绕组的S极有对齐（吸引）的趋势，转子永磁体的S极与定子绕组的N极有对齐（吸引）的趋势，从而驱动电机转动。

经典无刷电机2212 1000KV电机结构分析

图12 DJI 2312S电机(左)和XXD 2212电机(右)解剖图

其结构如下：定子绕组固定在底座上，转轴和外壳固定在一起形成转子，插入定子中间的轴承。

图13 XXD 2212线圈拆解图

图14 12绕组14极(7对极)电机绕组绕法

如图15所示，画出了6种两相通电的情形。可以看出，尽管绕组和磁极的数量可以有许多种变化，但从电调控制的角度看，其通电次序其实是相同的，也就是说，不管外转子还是内转子电机，都遵循AB->AC->BC->BA->CA->CB的顺序进行通电换相。

当然，如果你想让电机反转的话，电子方法是按倒过来的次序通电;物理方法直接对调任意两根线，假设A和B对调，那么顺序就是BA->BC->AC->AB->CB->CA，大家有没有发现这里顺序就完全倒过来了。

图15

要说明一下的是，由于每根引出线同时接入两个绕组，所以电流是分两路走的。这里为使问题尽量简单化，图中只画出了主要一路的电流方向，还有一路电流未画出。另一路电流涉及到电路检测换相位置。