制作一些小物件，并且讓它們按照自己想要的方式，這一直是一項非常有趣的事情。在達成一致意見的同時，制作飛行器會讓業(yè)余愛好者顯得不是那么很自信。這里，我所說的是滑翔機、直升機、飛機和多功能運輸機。今天，由于在線提供社區(qū)的支持，很容易自己制作一個類似的產(chǎn)品。在這些飛行器中，它們都使用BLDC電機，那么什么是BLDC電機？為什么我們需要它來飛行？有什么特別之處呢？如何購買合適的電機并與控制器連接？什么是ESC，我們?yōu)槭裁匆褂盟咳绻羞@些問題，那么本篇文章可以解決您所有的疑惑。

因此，在本篇文章中，我們將使用Arduino開發(fā)板和20A電子速度控制器（ESC）控制A2212 / 1T無感BLDC外轉(zhuǎn)子電機（通常用于制作無人機）的速度。

所需的材料

● A2212 / 13T BLDC電機

● ESC控制器（20A）

● 電源（12V 20A）

● Arduino開發(fā)板

● 電位器

了解BLDC電機

BLDC電機表示無刷直流電機，由于其平穩(wěn)運行，常用于吊扇和電動汽車。與其他電機不同，BLDC電機引出來三根導(dǎo)線，每根導(dǎo)線形成自己的相位，因此對于我們來說，它是一個三相電機。

是的，雖然BLDC電機被認為是直流電機，它們工作在脈沖波模式下。電子速度控制器（ESC）將來自電池的直流電壓轉(zhuǎn)換為脈沖，并將其提供給電機的3根電線。在任何給定時間，只有兩相電動機將被供電，因此電流通過一相進入并通過另一相。在此過程中，電動機內(nèi)的線圈通電，因此轉(zhuǎn)子上的磁鐵自身與通電線圈對齊。接下來的兩根導(dǎo)線由ESC通電，繼續(xù)該過程使電機旋轉(zhuǎn)。電動機的速度取決于線圈通電的速度，電動機的方向取決于線圈通電的順序。我們將在本文后面詳細了解ESC。

有許多類型的BLDC電機可供選擇，讓我們來看看最常見的分類。

● 內(nèi)轉(zhuǎn)子和外轉(zhuǎn)子BLDC電機：內(nèi)轉(zhuǎn)子BLDC電機的工作方式與其他電機相同。也就是說，電機內(nèi)部的軸旋轉(zhuǎn)，而外殼保持固定。外轉(zhuǎn)子BLDC電機正好相反，電機的外殼隨著軸一起旋轉(zhuǎn)，而線圈內(nèi)部保持固定。外轉(zhuǎn)子電機在電動自行車中是非常有優(yōu)勢的，因為外殼（旋轉(zhuǎn)的外殼）本身被制成輪胎的輪輞，因此避免了聯(lián)接機構(gòu)。此外，外轉(zhuǎn)子電機往往比內(nèi)轉(zhuǎn)子電機提供更大的扭矩，因此它成為EV和無人機的理想選擇。我們在這里使用的電機也是外轉(zhuǎn)子電機。

注意：還有另一種電機，稱為無芯BLDC電機，也用于袖珍無人機，它們的工作原理不同，本篇文章不對其進行介紹。

● 有傳感器和無傳感器BLDC電機：對于無需任何加速度即可旋轉(zhuǎn)的BLDC電機，需要一個反饋信號。也就是說，ESC必須知道轉(zhuǎn)子中磁鐵的位置和極點，以便據(jù)此激勵定子。這些信息可以通過兩種方式獲得：一種是將霍爾傳感器放在電機內(nèi)。霍爾傳感器將檢測磁鐵并將信息發(fā)送到ESC，這種類型的電機稱為Sensord BLDC電機，用于電動車輛。第二種方法是通過使用線圈在磁鐵交叉時產(chǎn)生的反電動勢，這不需要額外的硬件或電線，相線本身用作反饋來檢查反電動勢。我們的電機使用的是這種方法，常用于無人機和其他飛行項目。

為什么無人機和其他多功能直升機使用BLDC電機？

從四輪直升機到直升機以及滑翔機，有很多類型的無人機，所有這些飛行器都有一個共同的硬件。那就是BLDC電機，但為什么呢？為什么他們使用比直流電機貴一些的BLDC電機？

這有很多正當(dāng)理由，其中一個主要原因是這些電機提供的扭矩非常高，這對于快速獲得/松動推力來起飛或降落無人機非常重要。這些電動機也可用作外圈，再次增加了電動機的推力。選擇BLDC電機的另一個原因是它的平穩(wěn)振動操作較少，這對我們的無人機在半空中穩(wěn)定非常理想。

BLDC電機的功率重量比非常高。這一點非常重要，因為無人機上使用的電機應(yīng)具有高功率（高速和高扭矩），但重量也應(yīng)較小?？梢蕴峁┡cBLDC電機相同的轉(zhuǎn)矩和速度的直流電動機將是BLDC電動機的兩倍重量。

為什么我們需要一個ESC，它的作用是什么？

我們知道每個BLDC電機都需要某種控制器來將電池的直流電壓轉(zhuǎn)換成脈沖，為電機的相線供電。該控制器稱為ESC，表示電子速度控制器?？刂破鞯闹饕氊?zé)是按順序激勵BLDC電機的相線，以便電機旋轉(zhuǎn)。這是通過檢測每根導(dǎo)線的反電動勢來完成的，并在磁鐵穿過線圈時準確地激勵線圈。所以ESC內(nèi)部有很多硬件亮點，我們這里不打算詳細介紹。但是要提一下它有速度控制器和電池消除器電路。

● 基于PWM的速度控制：ESC可以通過讀取橙色線上提供的PWM信號來控制BLDC電機的速度。它的工作原理與伺服電機非常相似，所提供的PWM信號應(yīng)具有20ms的周期，并且可以改變占空比以改變BLDC電機的速度。由于同樣的邏輯也適用于伺服電機來控制位置，我們可以在Arduino程序中使用相同的伺服庫。

● 電池消除電路（BEC）：幾乎所有ESC都配有電池消除電路。顧名思義，這個電路不需要為微控制器提供單獨的電池，在這種情況下，我們不需要單獨的電源為Arduino供電; ESC本身將提供一個+ 5V的穩(wěn)壓電源，可以用來為我們的Arduino供電。有許多類型的電路可以調(diào)節(jié)這個電壓，通常它會對廉價的ESC進行線性調(diào)節(jié)，但你也可以找到帶開關(guān)電路的電路。

● 固件：每個ESC都有一個由制造商寫入的固件程序。該固件極大地決定了您的ESC如何響應(yīng)；一些流行的固件是Traditional、Simon-K和BL-Heli。該固件也是用戶可編程的，但我們在本教程中不會涉及到大部分內(nèi)容。

BLDC和ESC的一些常用術(shù)語：

如果您剛剛開始使用BLDC電機，那么您可能會遇到制動、軟啟動、電機方向、低電壓、響應(yīng)時間和超前等術(shù)語。我們來看看這些術(shù)語的含義。

● 制動：制動是指除去油門后BLDC電機停止旋轉(zhuǎn)的能力。這種能力對于多直升機非常重要，因為它們必須更頻繁地改變它們的轉(zhuǎn)速以在空中進行機動。

● 軟啟動：當(dāng)BLDC電機與齒輪相關(guān)時，軟啟動是一個重要的特性。當(dāng)電機啟用軟啟動時，它不會突然開始非?？焖俚匦D(zhuǎn)，無論油門給出多快，它都會逐漸增加速度。這將有助于我們減少與電機連接的齒輪（如果有的話）的磨損。

● 電機方向：BLDC電機中的電機方向通常在運行期間不會改變。但是在組裝時，用戶可能需要改變電機旋轉(zhuǎn)的方向。改變電機方向的最簡單方法是簡單地改變電機的任何兩根電線。

● 低電壓停止：一旦校準，我們總是需要我們的BLDC電機以相同的特定速度運行以獲得特定的節(jié)流值。但這很難實現(xiàn)，因為當(dāng)電池電壓降低時，電機往往會在相同的節(jié)流值下降低速度。為避免這種情況，我們通常將ESC編程為在電池電壓低于閾值時停止工作。此功能稱為低電壓停止，在無人機中非常有用。

● 響應(yīng)時間：電機根據(jù)油門變化快速改變速度的能力稱為響應(yīng)時間。響應(yīng)時間越短，控制越好。

● 超前（Advance）：超前是一個問題，或者更像是BLDC電機的錯誤。所有BLDC電機都有一些超前。也就是說，當(dāng)定子線圈通電時，轉(zhuǎn)子被吸引向它，因為它們上存在永久磁鐵。在被吸引之后，轉(zhuǎn)子傾向于在線圈斷電之前在相同方向上向前移動一點，然后下一個線圈通電。這種運動被稱為“超前”，它會產(chǎn)生抖動、溫升、發(fā)出噪音等問題。所以一個好的ESC應(yīng)該避免該問題。

好了，我們已經(jīng)有了足夠的理論知識基礎(chǔ)，現(xiàn)在讓我們連接電機和Arduino開發(fā)板，開始認識硬件設(shè)計部分。
編輯：hfy