作者：Lauren Nagel
引言
在考虑电机性能时，扭矩是一个重要变量。它可以用于计算机械功率，进而推算出电功率。对于无人机和电动飞机而言，了解扭矩还允许您将电机效率与系统其余部分的效率分别计算。
本文将：
- 使用电机扭矩公式计算无刷电机的扭矩
- 使用Series 1585 动力测试台对计算结果进行实验验证
那么，如何计算电机扭矩呢？
假设我们要了解 Xoar 2407 电机的扭矩。已知信息如下：
- 重量：36 g
- Kv：2300 Kv
- 定子尺寸：24 x 7 x 0.15 mm
- 配置：12N14P
以上信息都无法直接用于计算扭矩，因此让我们了解一些背景信息。
电机扭矩与多个变量有关，但计算扭矩时最重要的变量是电流。
电机扭矩公式：
“Kt”是电机扭矩系数，单位为 N.m/A（牛·米/安培）。Kt 是扭矩与电流之比，这种关系并非完全呈线性。
单独来看，这个系数对我们并没有太大用处，但我们可以采用 Kt = 1/Kv 的假设，而 Kv 是我们已知的一个数值。
假设我们要向电机提供 20 A 的电流。我们可以利用这个数值和电机的 Kv 来计算理论扭矩。
电机 Kv 通常以 RPM/V 为单位，但要将其应用于我们的公式，我们需要将其转换为国际单位制，在此情况下即（弧度/秒）/伏特。为了进行转换，我们将 2300 除以 60 秒，然后乘以 2π。
如需了解电机 Kv 的更精确解释，请参阅我们的文章：如何计算电机 Kv
现在，我们可以将国际单位制的 Kv 值代入电机扭矩公式：
这个数值看起来比较合理，但由电调（ESC）和电机造成的非线性关系可能意味着理论结果并不一定反映实际情况。我们通常预计理论值与测量值之间会有 10% 至 50% 的差异。
请注意，该公式基于扭矩与电流之间呈线性关系的假设，而实际并非如此，因此计算出的扭矩不会完全准确。
让我们将电机连接到测试台上，看看测量值与理论值有多接近。
我们使用测试台进行了一次简单的阶跃测试，并在系统达到 20 A 时进行测量。该测试的结果如下。
图 3：扭矩与电流关系结果
在 20 A 时，我们使用 Series 1585 测得扭矩为 0.133 Nm，与我们计算的结果相比，差异为 46%。
如您所见，与公式所示相反，电流与扭矩之间并非线性关系。这是由于电调和电机造成的损耗。
这些数据表明，扭矩计算只能让我们估算电机产生的真实扭矩。要获得准确的扭矩数据，您需要测量工具。
是什么导致了扭矩损失？
理论计算并未包含实际损耗，例如绕组电阻和电机内部摩擦。
在电机中，铜绕组并非完美导体，流经导线的电流中有一部分会以热能形式损失，而不是转化为电机扭矩。机械因素，如轴承摩擦、转子摩擦以及旋转转子所受的风阻，也会导致功率损失，而非转化为扭矩。
这些电气和机械因素共同解释了为什么您的测量数据很可能低于最初的理论计算值。
我们已经意识到这一难题相当长一段时间了，因此我们开发了电机测试台，让用户能够收集高精度的电机数据。这些数据可用于对电机与螺旋桨的组合进行准确表征。它为用户提供了所需结果，从而能够根据实际测量值而非仅仅依赖理论计算做出可靠的决定。
- Series 1585 - 测量推力最高可达 5 kgf / 扭矩最高可达 2 Nm
- Flight Stand 15 - 测量推力最高可达 15 kgf / 扭矩最高可达 8 Nm
- Flight Stand 50 - 测量推力最高可达 50 kgf / 扭矩最高可达 30 Nm
- Flight Stand 150 - 测量推力最高可达 150 kgf / 扭矩最高可达 150 Nm
- Flight Stand 500 - 测量推力最高可达 500 kgf / 扭矩最高可达 1500 Nm
延伸阅读：无刷电机功率与效率分析
如果您还有任何疑问，请随时在下方留言。