电赛知识补充——电机篇

Posted 2021-12-28 南海北

在准备电赛的时候，我通常会发现手边有很多格式各样的电机，问了很多人都没能和我说明白这些个电机是什么，有什么特性，怎么驱动，所以我打算学习一下电机的分类。

本文主要记录了在电赛中所需要的电机相关知识，包括电机的种类、特点、驱动方式等等，今后不定期更新。

参考资料：

[野火EmbedFire]《电机应用开发实战指南—基于STM32》

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1、电机的分类与特点

1.1 直流电机

普通直流电机有我们熟悉的130马达 

这种是玩具四驱车用的微型直流电机，在做项目的时候一般不考虑这种玩具等级的电机。

此外有3420电机

普通直流电机拥有很高的转速（数千转每分）、较低的价格等等优点。

这些电机本质上都是有刷直流电机，碳刷带来的缺点还是存在的，后面讲的无刷电机会有更大的优越性。

1.1.1 减速电机

即在普通电机的输出口接了一个齿轮组，将电机输出减速后再输出，这样可以获得较低的转速和更大的力矩。 

一般大小的减速电机长这样：

还有迷你一点的300微型减速电机：

行星电机

减速电机中有一类特殊的电机叫做行星电机，这里的行星指的是行星齿轮，使用这种齿轮的电机可以在减速的同时提高扭矩、降低负载的惯量，相比传统齿轮组更有优越性。

（行星齿轮结构）

便宜的行星电机四五十一个，贵的能达到几百块一个。 

减速电机的转速比高速电机慢很多，一般是几转到几百转每分。

1.1.2 无刷电机

无刷电机的内部没有碳刷，它是用半导体开关了实现电流方向变化。优势：寿命和性能要比有刷电机好，功耗更低，转速变化范围更大。劣势：控制方式更复杂。

可以发现部分无刷直流电机的机座为正方形，与步进电机一样机座的边长有42MM、57MM、86MM等等规格。

1.2 步进电机

步进电机将脉冲信号转化为角位移或线位移，一个脉冲一般会让电机转动一步 步进电机有三类，区别如下：

常见的步进电机有这些：

这种是28BYJ48步进电机，市面上一般配合ULN2003驱动板使用。

市场占有率最大的是两相混合式步进电机。

即我们常说的42步进电机、57步进电机、86步进电机等等。

便宜的42步进电机一般50左右一个，贵的能达到几百一个。

这里的42、57、86指的是正方形机座的边长。机座越大的步进电机会有更大的扭矩。42一般为0.3-1.0NM，57为1.0-3.0NM，86为3.0-12.0NM。

1.3 伺服电机

伺服（servo）电机即加上了闭环控制系统的电机。与步进电机相似，伺服电机用脉冲来控制速度、位置，每接受到一个脉冲，就会转动相应的角度。

1.3.1 空心杯电机

空心杯电机指直流永磁伺服电机，也分为有刷、无刷两种。空心杯电机节能、灵敏、控制方便、运行稳定，技术十分先进，代表了电机的发展方向。

看起来很高级，但我找到了几块钱一个的

大一点的有几百一个的

1.3.2 舵机

舵机是一种常见的伺服减速电机，由小型直流电机、控制电路板，电位计和齿轮组构成，它根据输入PWM信号的占空比确定转动的角度，精度比步进电机稍差。 舵机按照转角分为90°、180°、270°和360°舵机。其中最常见的为180°舵机。

 

舵机的不同型号主要差别在扭矩的不同，越大的舵机扭矩越大，价格也越贵。

注意！

360度舵机与其他的舵机不一样，其他舵机是由输入信号的占空比确定相对于原点的角度，但是360°舵机相当于无极变速的减速电机，是根据占空比确定方向和转动速度。就是说，给360°舵机一个PWM信号，他会按一定的转速一直转下去，而不会定在某一角度。

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到这里其实你应该发现了，电机的分类其实很杂，各种词条可以互相搭配，所以我在这里整理了一份导图，更加清楚地理一下电机的种类。

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待补充部分：各种电机的驱动方式，常见驱动芯片，不同项目适合用什么电机。