如何选择更适合无人机的高速电机?

在无人机的飞行体系中，电机无疑充当着最为关键的角色，堪称无人机的 “心脏” 与 “动力引擎”。格瑞普小编将深入探究无人机电机领域，从电机的工作原理、涵盖的类型，到不同电机间的显著差异，展开全方位、深层次的剖析，带您透彻了解这一核心部件究竟是如何驱动无人机翱翔蓝天的。

一、无人机电机的工作原理

无人机电机主要包括有刷电机和无刷电机，它们的工作原理有所不同：

有刷电机工作原理

●基本结构：有刷电机主要由定子(静止部分)、转子(旋转部分)、电刷和换向器组成。定子通常是永磁体，产生固定的磁场。转子是由铁芯和绕组(线圈)构成的电枢，它是电机的旋转部件。电刷和换向器则起到电流换向的作用。

●工作过程：当电流通过电刷进入换向器时，电流会流经转子绕组。根据安培定律，载流导体在磁场中会受到力的作用，这个力使得转子绕组(也就是转子)开始旋转。由于换向器和电刷的作用，当转子转过一定角度后，电流能够及时改变方向，使得转子绕组所受的电磁力方向始终保持一致，从而使转子持续旋转。例如，在一个简单的两极有刷电机中，电流从电刷进入，经过换向器的两个半环，分别流入转子绕组的两个部分，产生相对的电磁力，推动转子转动。随着转子的转动，电刷与换向器不断切换接触点，保证电流方向的适时改变，维持电机的旋转。

无刷电机工作原理

●基本结构：无刷电机主要由定子和转子组成。定子是电机的静止部分，通常由多相绕组(如三相绕组)构成，绕组按照一定的规律分布在定子铁芯上。转子是永磁体，一般采用高性能的稀土永磁材料，如钕铁硼永磁体，它能够产生强大的磁场。无刷电机还需要配套的电子调速器(ESC)来控制电机的运行。

●工作过程：电子调速器将直流电转换为三相交流电，然后按照一定的顺序将电流供给定子绕组。当定子绕组中有电流通过时，会在周围产生磁场。由于定子磁场和转子永磁体磁场的相互作用，根据同性相斥、异性相吸的原理，转子就会受到一个转矩而开始旋转。电子调速器会不断地改变定子绕组中电流的导通顺序和时间，使得定子磁场的旋转方向和速度能够精确控制，从而带动转子持续稳定地旋转。例如，对于三相无刷电机，电子调速器会按照 A - B - C、A - C - B 等顺序依次给三相绕组通电，使定子磁场不断旋转，推动转子永磁体转动。并且，通过改变通电的频率和占空比等参数，还可以调节电机的转速。

在无人机应用中，无刷电机由于效率高、寿命长、扭矩大等优点而被广泛使用。它能够为无人机提供稳定的动力，使螺旋桨高速旋转产生升力，从而让无人机实现飞行。

二、无人机电机的作用是什么

电机在无人机飞行中起到了至关重要的作用，主要体现在以下几个方面：

●提供动力支持

电机是无人机的动力源之一，它将电能转化为机械能。在无人机飞行过程中，电机驱动螺旋桨旋转，螺旋桨在旋转时会切割空气，从而产生升力。例如，对于多旋翼无人机而言，多个电机(通常是四个或六个等)同时工作，它们带动螺旋桨旋转产生的升力总和足以克服无人机自身的重力，使无人机能够离开地面并在空中保持悬停状态。而且，电机的动力输出还能让无人机在不同的飞行状态下(如上升、下降、前进、后退、侧向移动等)稳定运行。当需要无人机上升时，电机转速加快，螺旋桨产生的升力增大，从而使无人机向上飞行;当需要下降时，电机转速降低，升力减小，无人机就会下降。

●实现飞行姿态控制

无人机通过改变各个电机的转速来控制飞行姿态。以四旋翼无人机为例，它的四个电机分别位于机身的四个角。当要实现无人机的俯仰(向前或向后倾斜)姿态时，无人机的控制系统会增加前面两个电机的转速，同时降低后面两个电机的转速。这样，由于前面的升力增大，后面的升力减小，无人机就会向前倾斜并向前飞行。同理，要实现横滚(向左或向右倾斜)姿态时，就改变左右两侧电机的转速;要实现偏航(绕垂直轴旋转)姿态时，通过改变对角线上电机的转速来实现。电机转速的精确控制对于无人机飞行姿态的精准调节至关重要，这有助于无人机在复杂的环境和飞行任务中保持稳定的飞行状态。

●保证飞行性能和效率

电机的性能直接影响无人机的飞行性能和效率。高性能的电机，如无刷电机，具有效率高、扭矩大等特点。较高的效率意味着电机在将电能转化为机械能的过程中，能量损失较小，这样可以延长无人机的飞行时间。而且，足够的扭矩能够使螺旋桨快速达到所需的转速，从而使无人机能够更敏捷地响应飞行控制指令。例如，在需要无人机进行快速上升或紧急避障等操作时，电机的扭矩和响应速度就显得尤为重要。此外，电机的质量和稳定性也会影响无人机的可靠性。质量好的电机在长时间飞行和复杂环境下(如高温、高湿度等)能够稳定工作，减少故障发生的概率，从而保障无人机的飞行安全和性能。

三、有刷电机和无刷电机的主要区别是什么

有刷电机

●动力性能：

有刷电机扭矩相对较小。在小型无人机中，这种扭矩可能足以驱动螺旋桨使其起飞和维持简单飞行，但对于较大尺寸或者需要携带较重负载的无人机来说，动力可能就显得不足。例如，在一些玩具级无人机中使用有刷电机可以满足基本的飞行需求，如短时间的低空飞行、简单的悬停等。但如果要让无人机携带专业的航拍设备或者执行物资运输任务，有刷电机产生的动力就很难满足要求。

有刷电机的转速提升相对较慢。这使得无人机在需要快速响应的飞行场景中，如快速上升、紧急躲避障碍物等，不能很好地发挥作用。因为其动力输出的响应速度有限，会影响无人机的机动性。

●效率和续航：

有刷电机的效率较低。在电能转化为机械能的过程中，有刷电机由于电刷和换向器之间的摩擦以及电流的损耗，会浪费较多的能量。这就导致使用有刷电机的无人机续航时间较短。例如，同样容量的电池，搭载有刷电机的无人机飞行时间可能比搭载无刷电机的无人机短很多，一般可能只有后者的一半甚至更少。

●使用寿命：

电刷和换向器是有刷电机的易磨损部件。在电机运转过程中，电刷会不断地与换向器摩擦，随着使用时间的增加，电刷会逐渐磨损，导致电机性能下降甚至出现故障。所以有刷电机的使用寿命相对较短，频繁使用的情况下可能几百小时就需要更换电刷或者电机整体。这增加了无人机的维护成本和使用成本。

●稳定性和噪音：

由于电刷和换向器之间的接触问题，有刷电机的转速稳定性稍差。在运行过程中，可能会出现转速波动的情况，这会影响无人机飞行姿态的稳定性。例如，在拍摄高质量的航拍视频时，有刷电机的这种不稳定性可能会导致画面抖动，影响拍摄效果。

有刷电机在工作时噪音相对较大。这主要是因为电刷和换向器之间的摩擦以及电机内部磁场变化等因素引起的。较大的噪音在一些对噪音敏感的应用场景(如环境监测、野生动物观察等)中会产生干扰。

无刷电机

●动力性能：

无刷电机具有较大的扭矩。这使得它能够轻松驱动螺旋桨，为无人机提供强大的动力。无论是小型的消费级航拍无人机还是大型的工业级无人机，无刷电机都能满足其动力需求。对于需要携带较重负载(如专业的测绘设备、消防设备等)的无人机，无刷电机的高扭矩优势更加明显。

无刷电机的转速响应速度快。在飞行控制指令发出后，无刷电机能够迅速调整转速，让无人机可以快速改变飞行姿态或者速度。例如，在无人机竞速比赛中，无刷电机能够使无人机实现高速飞行和敏捷的转弯等动作。

●效率和续航：

无刷电机的效率较高。由于没有电刷和换向器的能量损耗，无刷电机能够更有效地将电能转化为机械能。这使得无人机的续航时间得以延长。使用无刷电机的无人机在相同电池容量下，其飞行时间可比有刷电机的无人机长 30% - 50% 左右，具体的提升程度还与电机的型号、飞行条件等因素有关。

●使用寿命：

无刷电机没有电刷这样的易磨损部件，其主要部件(如定子和转子)在正常使用和维护下寿命较长。这减少了电机更换的频率，降低了无人机的长期使用成本。只要电机的轴承等部件正常工作，无刷电机可以稳定运行数千小时。

●稳定性和噪音：

无刷电机的转速稳定性好。因为其通过电子调速器精确控制电流和磁场，所以能够保持稳定的转速。这对于需要高精度飞行姿态控制的无人机应用场景(如测绘、摄影等)非常重要，能够保证拍摄画面的清晰和平稳。

无刷电机工作时噪音相对较小。由于没有电刷和换向器的摩擦噪音，其整体运行噪音主要来源于电机的电磁振动和螺旋桨切割空气的声音，这使得无人机在飞行过程中更加安静，适合于一些需要低噪音的任务。

四、如何根据无人机的性能需求选择合适的电机类型

考虑动力需求

●负载重量：

如果无人机需要携带较重的负载，如专业的测绘设备、农药喷洒装置或者物资运输箱等，应该选择无刷电机。无刷电机具有较大的扭矩，能够提供足够的动力来驱动螺旋桨，使无人机可以顺利携带这些负载起飞并维持稳定飞行。例如，农业无人机用于大面积农田的农药喷洒作业，需要携带一定量的农药和喷洒设备，此时无刷电机是更好的选择，它可以轻松应对这种负载情况。而对于一些仅用于简单娱乐，如小型玩具无人机，负载较轻，有刷电机就可以满足基本的动力需求，驱动螺旋桨使无人机实现低空短时间飞行。

对于一些对动力输出响应速度要求较高的无人机应用场景，如无人机竞速比赛或者需要快速躲避障碍物的工业巡检无人机，无刷电机是理想的选择。无刷电机能够快速调整转速，在短时间内提供足够的动力变化，使无人机能够迅速改变飞行姿态和速度。相比之下，有刷电机转速响应慢，在这些场景下很难满足要求。

●飞行速度和机动性：

若希望无人机实现高速飞行和高机动性，如在特种侦察、应急救援等应用场景中，无刷电机是首选。无刷电机可以提供更高的转速和更快的转速响应，从而使无人机能够快速地进行转向、加速、减速等动作。而有刷电机由于动力和转速响应的限制，很难让无人机达到较高的飞行速度和良好的机动性。

●考虑续航要求：

如果无人机需要长时间飞行，例如用于长时间的环境监测、电力线路巡检等任务，那么无刷电机是更好的选择。无刷电机的效率高，在将电能转化为机械能的过程中能量损失小，能够延长无人机的续航时间。在相同电池容量的情况下，使用无刷电机的无人机可以比使用有刷电机的无人机飞行时间延长 30% - 50% 左右。而对于一些飞行时间要求较短的应用场景，如室内短距离演示无人机或者小型玩具无人机，有刷电机的续航劣势可能就不是那么关键的因素。

●考虑使用寿命和维护成本：

在需要无人机长期稳定运行且对维护成本较为敏感的情况下，如工业自动化巡检系统中的无人机，无刷电机是更合适的选择。无刷电机没有电刷这种易磨损部件，主要部件(如定子和转子)在正常使用和维护下寿命较长，可以稳定运行数千小时，减少了电机更换的频率，从而降低了无人机的长期使用成本。而有刷电机由于电刷和换向器的磨损，使用寿命相对较短，频繁使用的情况下可能几百小时就需要更换电刷或者电机整体，这会增加维护成本和使用成本。

●考虑飞行稳定性和噪音要求：

对于需要高精度飞行姿态控制的无人机应用场景，如测绘、摄影等，无刷电机的转速稳定性好，能够保证无人机的飞行姿态稳定，从而确保拍摄画面的清晰和平稳。同时，无刷电机工作时噪音相对较小，对于一些对噪音敏感的任务，如野生动物观察、城市环境监测等，无刷电机更能满足要求。而有刷电机由于转速稳定性稍差，可能会导致无人机飞行姿态的小幅度波动，并且其工作噪音相对较大，在这些场景下可能会影响使用效果。

五、不同类型电机的价格和成本有何差异

不同类型电机在价格和成本上存在明显差异，以下是具体介绍：

有刷电机

●制造成本：结构相对简单，主要由定子、转子、电刷和换向器等部件组成，制造工艺成熟，对生产设备和技术要求较低，因此制造成本也较低

●购买价格：一般较为便宜，以电动车用电机为例，有刷低速电机成本价在 250 元左右，有刷高速电机成本价在 400 元左右

●维护成本：电刷和换向器在工作中会产生磨损，需要定期更换，增加了维护工作量和成本。而且电刷与换向器的接触电阻较大，容易发热，导致电机整体效率较低，能耗成本相对较高

无刷电机

●制造成本：结构更为复杂，由定子绕组、永磁体转子和电子控制器等组成，需要更精密的制造工艺和更高质量的材料，还需使用电子控制器来管理电流，增加了制造成本

●购买价格：通常比有刷电机贵。在电商平台上，直流无刷电机的价格，小功率的如 DC24V 0.75KW 的，单价在 1500 元左右，大功率的如 DC72V 7.5KW 的，单价则超过 1 万元

●维护成本：无刷电机没有电刷和换向器等易磨损部件，减少了维护工作量和更换部件的成本，且效率高，能耗成本低，长期来看，综合使用成本可能更具优势

六、结论

无人机电机作为其核心部件至关重要。有刷电机结构简单、成本低，但存在电刷磨损与效率问题;无刷电机凭借扭矩大、响应快、效率高和寿命长等优势成为主流。电机的功率、效率、扭矩特性等指标深刻影响无人机的载重、速度、续航与操控性。选择电机时需综合考量无人机用途、性能需求与成本等因素。专业级无人机常选无刷电机以达高性能长续航，娱乐或低成本场景有刷电机可提供经济方案。总之，无人机电机的持续发展与适配选择，是推动无人机技术进步、拓展应用领域、实现更多功能的关键所在，让无人机在广阔天空中展现无限可能。

格瑞普专业研发生产可充电电池26年，匠心打造无人机电池及半固态电池，电压覆盖 4S(14.8V)至 18S(68.4V)，容量更是高达 84Ah。丰富的产品线专为适配多样化应用场景而设计，无论您的无人机采用何种电机配置，均能实现完美兼容。如有任何疑问或特定需求，欢迎通过在线客服即时沟通/电话或留言反馈，我们将以最快速度与您取得联系，竭诚为您服务。