如何制作微型无刷航模电机

长期以来，笔者一直热衷于制作各类室内薄膜模型飞机。由于这类模型飞机非常轻小，为其选配合适的动力就成为一个颇具挑战的难题。虽然市面上也有一些可供室内模型飞机选用的微型电机，但综合考虑其重量，性能和价格等因素，往往并不合适。为此，笔者经常改造或制作一些微型电机供自制的室内模型飞机使用。

一次偶然的机会，笔者在维修电脑CPU散热风扇时发现，这种风扇所用的电机并不像其它无刷电机那样需要复杂的三相电路驱动。仔细观察拆解下的风扇电机并查阅了相关资料后，了解到该电机的控制原理非常简单：即利用磁力传感驱动元件可以感应磁场变化的功能作为电机线圈电流的换向开关，进而使电机持续旋转工作。其中，磁力传感驱动元件准确地说应该称为霍尔器件，是一种基于霍尔效应的磁传感器，可以检测磁场及其变化(图1)。

于是笔者试想，能否利用该元件的特性制作一款微型两相无刷电机呢?带着这一疑问，进行了多次试验，证明这个想法完全可以实现。这种微型无刷电机体积小、重量轻、效率高，制作材料容易获得，既可直接驱动螺旋桨，又能搭配减速组，而且还不需要使用无刷电调，大大简化了系统，很适合在较小的室内模型飞机上使用(图2、图3)。

这种微型电机的工作原理如下：

电机定子由一对独立绕组(线圈)组成，转子为永磁体。在定子的适当位置固定一个霍尔器件，其两个输出端分别与一对定子绕组相连，并确保两组定子绕组通电后电流方向相反，进而导致产生的磁场极性也相反(图4)。当转子经过霍尔器件附近时，永磁体转子的磁场使与霍尔器件其中一个输出端相连的定子绕组的供电电路导通，产生与转子磁场极性相斥的磁场推动转子继续转动。当转子旋转半圈至对称位置时，霍尔器件感应到转子磁场极性的变化，断开该输出端并同时导通与其另一输出端相连的定子绕组。该线圈通电后产生的磁场极性与刚刚断开的绕组产生的磁场相反，因而也与旋转到对称位置的转子磁极相斥，进而推动转子继续旋转。如此循环往复即可维持电机的持续运转(图5)。

由此可见，霍尔器件主要有3个作用：

1起位置传感器的作用，检测转子磁极的位置；

2起开关作用，控制与相应输出端相连的定子绕组供电电路的通断；

3起定子电流的换向作用。当转子转动，其磁极旋转半固时，两组绕组通断切换导致磁极反向，使转子磁极总处于推斥磁场中。

根据上述原理，笔者制作了多款微型电机，最小的一款仅重0.35g，而搭配减速组后拉力可达近2g。下面，以重0.68g的一款微型电机为例，介绍其具体制作过程。