无人机电机以及电子速度控制器和螺旋桨都是无人机推进系统中的重要组成部分。这些对于无人机或四轴飞行器的性能和安全飞行都至关重要。
下面，我们将向您展示无人机电机的工作原理，包括无人机推进系统的组件及其设计。这包括将无人机电机分解成定子、转子、绕组和轴承等组件。
我们还研究了电子速度控制器（ESC）和螺旋桨设计，以及如何保持电机冷却。除了电机设计，我们还研究了如何在各种环境和天气下保护推进系统。
无人机推进系统零件和设计现在，让我们来看看无人机电机的主要组件和零件。我们将以DJI E7000推进系统和其他无人机电机为例。
无人机电机和推进系统的主要部件如下;
电机定子是旋转系统的固定部分，存在于电动机中，定子的主要功能是产生旋转磁场。定子框架、定子铁芯和定子绕组是定子的三部分。
电机转子是无人机电机旋转的部分。在具有 4 个电机的四轴飞行器上，您将拥有 2 个顺时针 （CW） 和 2 个逆时针电机 （CCW）。换句话说，电机转子根据其配置顺时针或逆时针旋转来工作。
四轴飞行器上的道具也将是顺时针 （CW） 或逆时针 （CCW），并且必须与无人机电机匹配。
大多数四轴飞行器道具的设计使 CW 螺旋桨只能安装在 CW 电机上，CCW 道具也是如此。
转子和定子之间的距离称为气隙。气隙具有重要影响，通常设计为尽可能小。较大的气隙会对性能产生强烈的负面影响。
电动机中的绕组是铜线，它们铺设在线圈中。通常有包裹在涂层软铁磁芯周围形成磁极，当用电流通电时。
由于以下原因，可能需要维修或更换无人机电机;
第一个视频展示了如何修理RC电机上的绕组，并很好地解释了电机绕组的工作原理。
无人机电机轴承的工作原理
概念和轴承在无人机电机中的工作原理非常简单。一般来说，大多数东西滚动得比滑动好。当物体滑动时，它们之间的摩擦会产生一种力，从而减慢它们的速度。
但是，如果两个表面可以相互滚动，则摩擦力大大降低。
轴承通过提供光滑的金属滚珠或滚子以及光滑的内外金属表面供滚珠滚动来减少摩擦。这些滚珠或滚子“承受”负载，使设备平稳旋转。
电动机中轴承的目的是支撑和定位转子，保持气隙小，一致并将负载从轴传递到电机。
轴承应能够在低速和高速下运行，同时最大限度地减少摩擦损失。同时，轴承必须经济，并且不需要对无人机电机进行维护。
超过50%的电机故障归结为轴承故障，因此轴承是无人机电机中非常关键的部件。
无人机电机使用屏蔽轴承。这些轴承可防止污染物在安装和运行过程中进入滚动体。防尘盖有助于保持轴承腔中的润滑。
这是一个很棒的视频，它向您展示了电机轴承的工作原理，并进行了很好的解释。该视频向您展示如何制作自己的滚珠轴承电机。
电机、电调（包括接线）也需要在各种天气和各种工作条件下得到保护。
让我们来看看无人机电机和推进系统是如何设计的。
每个电机都需要设计为防止积聚过多的热量，这会损坏电机、电子速度控制器和接线。许多无人机电机采用离心冷却系统以及散热片设计。
用于重型和长途飞行无人机的 KDE10218XF-105 等高端无人机电机具有集成的离心风扇。
为了使无人机在所有天气条件下在户外飞行，无人机电机和组件需要防风雨。电机还需要防止灰尘、碎屑和腐蚀。
顶部无人机电机和组件在内部永久粘合和密封。它们将具有防风雨密封剂，以覆盖电机轴承系统和ESC（电子速度控制器）。另一种涂层应用于无人机电机定子。
这些密封剂可保护无人机电机、电调、接线及其电路免受雨水、生锈、腐蚀和灰尘的影响。如果无人机用作喷洒农作物的农业无人机，它将被密封以防止农药喷洒。
阅读无人机电机和电调的规范时，请查找 IP 代码（入口保护代码）等级。
IP 代码（侵入保护代码）对机械外壳和电气外壳提供的防护等级进行分类和评级，以防止入侵、灰尘、意外接触和水。IP代码标准旨在提供更详细的信息，而不是“防水”等术语。
例如，T-Motor 的 ALPHA 40A LV ESC（电子速度控制器）的防护等级为 IP55，可防止灰尘和水射流。
DJI E5000 推进系统（电机、电调、螺旋桨）的防护等级为 IP66。这意味着 E5000 无人机推进系统可以防止水从任何方向投射在电机上的强大射流（12.5 毫米喷嘴），而不会产生任何有害影响。它也是防尘的。
电子速度控制或 ESC 是一种电子电路，用于控制和调节无人机电机的速度、加速和减速。许多电调还提供电机反转和动态制动。
四轴飞行器上最新的高端电调使用 FOC（磁场定向控制）算法，以提高电机的响应能力和精度控制。FOC 也可以在实际的 ESC 硬件上实现。
FOC使用电流控制来控制三相电机和步进电机的转矩，具有高精度和带宽。T-Motor 的 Alpha 电调均采用 FOC 技术。
地面站遥控器将数据信号发送到无人机的飞行控制器，然后飞行控制器将信号转发到ESC，然后转发到无人机电机。
通常，以下电缆是ESC和无人机电机配置的一部分;
当您购买最新的顶级无人机之一时，制造商将每隔几个月发布一次固件升级。固件更新为无人机添加新功能，并修复无人机中的任何软件错误。这些更新可以修复或添加四轴飞行器任何部分的功能，例如飞行控制器，云台，相机甚至遥控器。
如果您购买许多ESC，则相同。带有一个名为ESC更新的组件，该组件允许电子速度控制器在ESC中更新固件。DJI E1200推进系统包含一个ESC更新器。
下一个视频将讨论有关电调的所有信息以及电调的工作原理。
除了改变电机的速度、方向和制动外，顶级电调还增加了许多智能和安全功能。
让我们来看看市场上的 2 款顶级电子速度控制器，看看它们包含哪些额外的技术。
以下是Takyon Z14120 ESC的一些功能;
这款 Takyon Z14120 包括 2 个 DJI 32 位单核处理器，提供 ESC 实时监控、精密电机控制和极快的响应。如果不需要第二个处理器，它将进入睡眠状态以降低整体能耗。当需要第二个处理器时，它将重新启动操作以保持较高的整体性能。
除了上述功能外，Takyon Z14120 电子速度控制器还将实时监控电压、电流、温度、内部湿度和其他关键参数。
它可以防止无人机过电压、过电流、过热和内部短路。电机还受到保护，不会发生阻塞和断相。
专为Takyon Z14120 ESC开发的新型散热技术使大功率无人机能够更稳定地飞行。
功率MOSFET采用专利散热技术，与传统铜片相比，将外壳的导热系数提高了20倍。它允许大功率飞机在不添加任何风扇的情况下运行长达一整天。
以下是KDE-UAS125UVC-HE ESC的一些功能;
KDECAN – 通过飞行控制器实现实时遥测反馈，以提高安全性和操作性。可以实时监控关键系统组件，并将其他控制信号发送到ESC。
数据记录 – 通过使用高内存存储，板载EEPROM，允许连续记录关键参数（电压，安培数，温度，节气门信号，节气门输出，eRPM等），并能够通过标准PC到USB连接下载和查看。
再生制动 – 在电机减速阶段主动制动，提供对飞行控制器命令的瞬时响应
温控同步整流 – 一种用于电机在低油门下平稳运行的新算法，在高峰值负载下提高了更快的响应速度，同时显着提高了飞行时间效率并降低了工作温度。这有时被称为主动续流（无刷直流电动机DLDC主动续流“）。
主动监控 – 内部硬件和专用算法持续监控电压、电流、温度、失速检测和许多其他关键参数，以实现安全可靠的运行和损坏预防。
动态定时和启动功率 – 经过优化调整，可在全系列 UAS 无刷电机中实现平稳和精确控制的启动（无犹豫、卡顿或响应滞后）。
提高驱动和油门频率分辨率 – 在整个操作控制范围内实现高精度、线性油门响应。
电机同步 – 工厂校准的电调，可实现一致的油门控制和频率匹配的启动协议。
抗火花电路 – 在每次初始插入和系统通电时保护关键连接器的完整性和使用寿命。
因此，您可以看到这些电调具有许多智能飞行功能，还有助于确保无人机在飞行中的安全。
无人机臂是无人机或四轴飞行器设计外观和感觉的一部分。此外，无人机臂包含从无人机机身中的主飞行控制器板到电调的关键接线，电调也可能在无人机臂中或位于无人机电机底部。
要前进，您需要向后推。这个物理定律最早是在18世纪由艾萨克·牛顿爵士的第三运动定律（有时称为“作用和反应”）描述的。它是任何移动事物的本质，包括无人机及其推进系统的设计方式。
螺旋桨，通常简称为“道具”，有时也称为“螺丝”，用于通过向无人机后面发送大量空气来推动无人机前进。道具将空气吸入其中并将其推出远侧。当无人机垂直向上飞行时也是如此，螺旋桨将空气推到无人机下方。
无论四轴飞行器想要向哪个方向飞行，都需要通过螺旋桨将空气吸入并向相反的方向推出。
DJI E7000推进系统等高品质螺旋桨使用一种名为Ultra Carbon Pro的材料，以获得最大的强度和刚度。
T-Motor的许多螺旋桨由CF + Epoxy制成。CF是碳纤维，环氧树脂是保护涂层。
螺旋桨有各种尺寸和设计，无论是用于四轴飞行器、多旋翼飞机还是固定翼飞机。无人机螺旋桨的其他因素取决于无人机的用途。例如，无人机可用于 FPV 赛车，携带摄像头或激光雷达或 ToF 传感器等传感器。
螺旋桨叶片与轴成一定角度固定。这被称为螺旋桨的俯仰（或俯仰角），它决定了螺旋桨在转动无人机时向前移动的速度以及在此过程中必须使用多少力。
螺旋桨叶片的角度及其整体尺寸和形状会影响推力，以及无人机电机的速度。
这是最好的视频之一，它解释了有关螺旋桨的所有内容以及螺旋桨的工作原理。
由于四轴飞行器有 4 个朝上的电机，因此无人机电机和推进系统的工作与固定翼飞机有很大不同。
四轴飞行器使用电机速度和螺旋桨方向进行推进。推进系统控制对飞机的重力，并控制通过螺旋桨的空气。
四轴飞行器可以在垂直平面上做三件事：悬停、爬升或下降。
用于偏航、俯仰和滚动的无人机推进系统
飞行中的四轴飞行器也可以在三维空间中自由旋转;
CW和CCW无人机电机接收来自飞行控制器到ESC的各种速度信号组合以减速或加速，从而影响无人机的飞行运动。
在查看最好的无人机电机和推进系统制造商之前，这里有一个关于无刷电机如何与 ESC 一起工作的精彩视频。