多旋翼無人機(jī)的動(dòng)力來源于螺旋槳，而螺旋槳是電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的結(jié)果?，F(xiàn)在我們就來學(xué)習(xí)一下電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理。在學(xué)習(xí)電動(dòng)機(jī)原理之前，我們需要先了解一下多旋翼無人機(jī)使用的電機(jī)種類：有刷電機(jī)和無刷電機(jī)。

一、有刷電機(jī)

電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的原理在今天看來很簡(jiǎn)單，一般初中物理課都會(huì)講到電動(dòng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理?，F(xiàn)在我們就一起來復(fù)習(xí)一下。首先，我們知道法拉第電磁原理，當(dāng)電流經(jīng)過導(dǎo)線后會(huì)產(chǎn)生磁效應(yīng)，根據(jù)右手定則，電流延四指方向流動(dòng)，母指指向的方向?yàn)镹極，反向?yàn)镾極，如下圖所示：

我們將由線圈纏繞鐵棒的這種器件為電磁鐵，當(dāng)線圈通電后鐵棒即會(huì)生產(chǎn)磁性。由于電流流經(jīng)線圈產(chǎn)生了磁效應(yīng)，再根據(jù)磁極同性排斥，異性吸引的原理，如果將鐵棒中心加入一個(gè)可旋轉(zhuǎn)的軸，并將其外側(cè)加入一個(gè)永磁鐵，如下圖：

根據(jù)磁鐵同性排斥，異性吸引的原理，電磁鐵的N極會(huì)受到永磁鐵N的的推力，同時(shí)也會(huì)受到永磁鐵S的吸力，所以會(huì)延轉(zhuǎn)軸順時(shí)針運(yùn)動(dòng)，而電磁鐵的S極同樣會(huì)受到永磁鐵S極的排斥，并受到永磁鐵N極的吸引，所以也會(huì)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)電磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)到180度時(shí)，永磁鐵與其產(chǎn)生的作用力達(dá)到最大，所以電磁鐵在180度位置擺動(dòng)幾次之后將停止在這個(gè)位置上。

而此時(shí)，我們希望可以讓電磁鐵一直轉(zhuǎn)動(dòng)下去，那么我們就自然想到讓電磁鐵的電流方向發(fā)生改變，這樣電磁鐵原來的N極變?yōu)镾極，而S極變?yōu)镹極，于是電磁鐵因永磁鐵的作用繼續(xù)順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)，而再轉(zhuǎn)過180度時(shí)我們?cè)僮岆姶盆F的磁極改變，因而電磁鐵每轉(zhuǎn)動(dòng)180度就會(huì)改變一次磁極方向，所以會(huì)一直轉(zhuǎn)動(dòng)下去。這就是我們所說的電機(jī)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)原理。

但是這里面有一個(gè)問題，就是如何讓電機(jī)的電磁鐵在轉(zhuǎn)動(dòng)到180度時(shí)自動(dòng)改變其電流方向呢？實(shí)際上這個(gè)問題已經(jīng)被完美的解決了，請(qǐng)大家看下面圖解：

上圖中虛線是線圈連接導(dǎo)體片的導(dǎo)線。這就是有刷電機(jī)的原理圖，在電機(jī)內(nèi)部的電磁鐵的轉(zhuǎn)動(dòng)軸上，安裝兩個(gè)半圓形的導(dǎo)體片，并在其兩側(cè)用兩個(gè)電刷夾在這兩彼片半圓形導(dǎo)體上，當(dāng)電磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)過180度時(shí)，由于慣性會(huì)稍微轉(zhuǎn)過一個(gè)小角度，超過180度，而此時(shí)電刷接觸導(dǎo)體片的位置發(fā)生了變化，也就是電源的正極和負(fù)極發(fā)生了變化，電流的方向也就發(fā)生了改變，于是電磁鐵的磁極與永磁鐵的磁極一起作用下，電磁鐵就會(huì)轉(zhuǎn)動(dòng)起來。

我們把電動(dòng)機(jī)中持續(xù)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件，叫做電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)子，而不動(dòng)的、固定的部件，叫作電動(dòng)機(jī)的定子。通常如果電刷是轉(zhuǎn)動(dòng)180度再變換一次電流方向的話，有時(shí)候會(huì)在180度時(shí)進(jìn)入死角所以多數(shù)情況下，有刷電機(jī)的電磁鐵是三組線圈，而電刷只有一組，運(yùn)行時(shí)就無論在什么情況下都可以轉(zhuǎn)動(dòng)了，如下圖：

想要改變有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要改變電機(jī)電源的正負(fù)極即可。對(duì)于多旋翼無人機(jī)來說，小型無人機(jī)通常使用有刷電機(jī)，比如空心杯電機(jī)；而軸距較大，通常大于200mm左右的無人機(jī)都使用無刷電機(jī)。下面我們就來一起了解一下無刷電機(jī)的原理與構(gòu)成。

二、無刷電機(jī)

無刷電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理與有刷電機(jī)沒有什么本質(zhì)區(qū)別，它們都是通過電流流經(jīng)線圈而產(chǎn)生磁效應(yīng)，從而與永磁鐵發(fā)生同性排斥，異性吸引的效果，從而發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。無刷電機(jī)顧名思義，就是沒有電刷的電動(dòng)機(jī)。無刷電機(jī)的電磁鐵是固定在機(jī)座上的，不能轉(zhuǎn)動(dòng)，而永磁鐵是有一個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)軸，并做為外殼在電磁鐵的外部，如下圖：

因?yàn)殡姶盆F不能轉(zhuǎn)動(dòng)，所以需要靠改變電磁鐵的電流而產(chǎn)生不同的磁場(chǎng)，從而使外部的永磁體發(fā)成轉(zhuǎn)動(dòng)。對(duì)于無刷電機(jī)來講，可以通過三向橋式連接二二導(dǎo)通的方式來控制，每當(dāng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動(dòng)120度，逆變器開關(guān)管換流一次，同時(shí)定子的磁狀態(tài)改變一次：

想要改變有刷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)方向，只要將三條電源線的任意兩條反接即可。無刷電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)部件為永磁體，又稱轉(zhuǎn)子；而不轉(zhuǎn)動(dòng)部件為電磁體，又稱定子。控制電機(jī)電動(dòng)勢(shì)變化的設(shè)備叫做電調(diào)，我們會(huì)在下一講中學(xué)習(xí)電調(diào)的控制方法。

無刷電機(jī)還有幾個(gè)常見指標(biāo)：定子高度，定子寬度和電機(jī)KV值。我們通常在看電機(jī)參數(shù)時(shí)，可以看到電機(jī)型號(hào)會(huì)注明2212 2216 2312等等，前兩個(gè)數(shù)字表示的是電機(jī)寫字的直徑，后兩個(gè)數(shù)字表示的是電機(jī)定子的高度，單位均是毫米。例如2206表示電機(jī)定子直徑為22mm，定子厚度為6mm。2312表示電機(jī)定子直徑為23mm，定子高度為12mm。2216表示電機(jī)定子直徑為22mm，定子高度為16mm。

指標(biāo)KV值表示電機(jī)在空載（不安裝螺旋槳）的情況下，電壓每增加1v，電機(jī)每分鐘的轉(zhuǎn)數(shù)增加多少。電機(jī)KV值越小，說明電機(jī)的動(dòng)力越大，但速度越低；而KV值越大，說明電機(jī)的動(dòng)力越小，但速度越快。你可以想像一下汽車的檔位，檔位越低（比如1檔），發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力越大，但速度越小；檔位越高（比如5檔），發(fā)動(dòng)機(jī)的動(dòng)力越小，但速度越快。