入门电机系列之1认识电机

入门电机系列，基于STM32硬件

本文章学习借鉴于野火团队资料，以表感谢。官网http://products.embedfire.com/
内容比较多，有一些名词之说明了部分，不理解的可以百度一下。哈哈

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前言

电机是一种可以在电能和机械能的之间相互转换的设备，通俗我们称为马达/电动机，其中发电机是将机械能转换为电能，电动机是将电能转换为机械能。发电机的主要用于产生电能，用途单一，但是电动机主要用于产生机械能，用途极其广泛。

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提示：以下是本篇文章正文内容，下面案例可供参考

一、电机的分类

电机种类多种多样，自然分类也是多种多样的，可以按照工作电源种类划分、按照结构和工作原
理划分、按照启动与运行方式划分、按照用途划分、按照运转速度划分等等。可以说是分类五花
八门，但是在实际应用中，工程师会根据电机的特性来分，例如：对速度要求高的会选择直流电
机，对精度要求高的会选择步进电机等等；接下来我们将会从众多类型中的电机中选择几个具有
代表性、普遍性的常用电机。

1. 直流电机

在直流电机中还分为普通的直流电机、直流减速电机，有刷和无刷，共分为：

• 直流有刷电机
• 直流有刷减速电机
• 直流无刷电机
• 直流无刷减速电机

上图

普通的直流电机和直流减速电机相差的只有“减速”，它们在构造上相差的是一个减速齿轮组。普通的直流电机当空载时，电机的转速由电压决定; 直流减速电机的转速由齿轮组和电压决定；齿轮组的作用是，提供较低的转速，较大的力矩；同时不同的减速比会提供不同的转速和力矩。这样就大大提高了减速电机的使用率。

减速电机齿轮箱下图所示

有刷与无刷的区别：
有刷和无刷的字面意思是有无碳刷；有刷电机电机工作时需要线圈和换向器旋转，磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成的。无刷直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，使用电子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。

左侧为有刷电机、右侧为无刷电机

力矩

这里简单说明力矩 方便理解一下

1、简单的说，就是转动的力量的大小。转矩是一种力矩，力矩的范围更宽泛，一切力乘以力臂的结果都可以称之为力矩。但是转矩一般指旋转的物体所受到的力矩。举例来说，车轮旋转时，地面摩擦力与车轮半径的乘积一般称之为转矩，但是也是力矩的一种。而用瓶起子开啤酒瓶一般称之为力矩，而不能说是转矩。

力矩在物理中的定义是：
力矩＝ 力 × 力臂

2、这里的力臂就可以看成电机所带动的物体的转动半径。如果电机转矩太小，就带不动所要带的物体，也就是感觉电机的“劲”不够大。

3、电动机的转距＝皮带轮拖动皮带的力X皮带轮的半径

4、电动机的转距与旋转磁场的强弱和转子笼条中的电流成正比．和电源电压的平方成正比所以转距是由电流和电压的因素所决定的
5、电动机扭距计算
计算公式是 T=9549 * P / n 。
P是电机的额定（输出）功率单位是千瓦（KW）
分母 是额定转速 n 单位是转每分 (r/min)
P和 n可从 电机铭牌中直接查到的。
6、电机的“扭矩”，单位是 N•m（牛米）
实物铭牌如下图

有刷电机和无刷电机对比

有刷电机：结构简单，成本低，开发时间久，技术成熟，速度快，启动转矩大，运行平稳，制动效果好
摩擦大，损耗大，发热大，寿命短，效率低，功率低
应用场景：工厂，机床，精密仪器
无刷电机：低干扰，噪音低，运转顺畅，高速，电机使用寿命长
没有电刷，依靠电子换向器，没有电刷磨损，火花等。重量轻，转速快。转矩小，功率不能太大，价格贵，开发复杂
应用场景：恒速设备，变频空调，冰箱

2. 步进电机

步进电机是一种可以将脉冲信号转换为角位移或线位移的开环控制电机，在空载低频的情况下，一个脉冲就是一步，可以精准的控制旋转角度; 步进电机按照构造方式分类，分为三类分别是反应式、永磁式和混合式。

常见的步进电机 42 步进电机是指步进的尺寸，混合式步进电机一般都是正方形，外框尺寸为 42mm*42mm；除 42之外还有 57 步进电机，86 步进电机，也都是因外框尺寸而得名的。

42步进电机尺寸图如下

3. 伺服电机

什么叫伺服电机？伺服电机长什么样子？“伺服”一词是来源于希腊语“奴隶”的意思，那么伺服
电机也可以理解为绝对服从控制信号指挥电机，所以伺服电机是指在伺服系统中被控制的电机。如果单指一个电机的话，那只能算一个被控的机械元件，但是加上闭环控制系统就可以称之为伺服系统中的电机。

• 直流伺服电机

• 机械特性在输入的电枢电压保持不变时，电机的转速随电磁转矩变化而变化的规律
• 调节特性直流电机在一定的电磁转矩（或负载转矩）下电机的稳态转速随电枢的控制电压
变化而变化
• 动态特性从原来的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过程，这就是直流电机的动态
特性

• 交流伺服电机

• 无电刷和换向器，因此工作可靠，对维护和保养要求低
• 定子绕组散热比较方便
• 惯量小，易于提高系统的快速性
• 适应于高速大力矩工作状态

伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类

伺服电机分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

如图所示，左边是步进电机右边伺服控制器

4. 舵机

舵机是一种常见的伺服电机，由小型直流电机、控制电路板、电位计和齿轮组构成，舵机的用途广泛；舵机可按照信号类型划分、按照齿轮划分、按照用途划分；舵机分 90°、180°、270° 和 360°舵机，其中 180° 的舵机最为常见。

通常分类按信号分类
按照信号类型划分为模拟信号舵机和数字信号舵机
•模拟舵机：无 MCU 微控制器，电路为模拟电路，同样的舵机之间会有性能差异
• 数字舵机：有 MCU 控制器，一般内部采用算法优化，性能比模拟舵机好

按照齿轮划分为金属齿轮舵机和塑料齿轮舵机
• 金属齿轮舵机：适用于大扭力和高速场合
• 塑料齿轮舵机：成本低适用于中低扭矩场合

二 、总结

电机分类 根据应用场景分类，了解电机的特性和实际应用场景来选择电机。
对速度要求高的会选择直流电机，对精度要求高的会选择步进电机等等；作为stm32 开发者，舵机对于我们并不陌生。