參考文獻(xiàn)
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[2] 王愛元. 控制電機(jī)及其應(yīng)用[M]. 第一版. 上海:上海交通大學(xué)出版社, 2013.
[3] 史陳新. 通用機(jī)器人教育[M]. 第一版. 北京:北京理工大學(xué), 2016.

1直流電機(jī)的組成結(jié)構(gòu)

微型直流減速電機(jī)也被稱為馬達(dá)。

1.1有刷電機(jī)基本構(gòu)成

有刷直流電機(jī)由定子和轉(zhuǎn)子兩大部分組成。直流電機(jī)運(yùn)行時(shí)靜止不動的部分稱為定子，主要作用是產(chǎn)生磁場；運(yùn)行時(shí)轉(zhuǎn)動的部分稱為轉(zhuǎn)子（或稱電樞），由轉(zhuǎn)軸、電樞鐵心、電樞繞組、換向器和風(fēng)扇等組成，其主要作用是產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電動勢。

1.2無刷電機(jī)基本構(gòu)成

無刷電機(jī)與有刷電機(jī)的最明顯的區(qū)別在于前者去掉了有刷電機(jī)用來交替變換電磁場的換向電刷。
無刷直流電機(jī)（驅(qū)動系統(tǒng)）主要由電動機(jī)本體、位置傳感器、電子開關(guān)線路三部分組成：

直流電源通過開關(guān)線路向電動機(jī)電子繞組供電，電動機(jī)轉(zhuǎn)子位置由位置傳感器檢測并提供信號去觸發(fā)開關(guān)線路中的功率開關(guān)元件使之導(dǎo)通或截止，從而控制電動機(jī)的轉(zhuǎn)動。

1.3有刷電機(jī)與無刷電機(jī)基本構(gòu)成區(qū)別

無刷直流電動機(jī)的設(shè)計(jì)思想仍源自普通有刷直流電動機(jī)，但與后者相比，其定、轉(zhuǎn)子位置進(jìn)行了互換。轉(zhuǎn)子上裝有永磁體，產(chǎn)生氣隙磁通；定子為電樞，結(jié)構(gòu)與普通交流電動機(jī)相同，通常采用三相對稱繞組，與有刷直流電動機(jī)不同，無刷直流電動機(jī)的繞組時(shí)斷續(xù)通電的。原直流電動機(jī)的電刷和機(jī)械換向器被電子開關(guān)線路和轉(zhuǎn)子位置傳感器代替。

無刷電機(jī)兼具交流電動機(jī)和直流電動機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)于有刷電機(jī)，并有取代后者的趨勢，適用于對控制精度和轉(zhuǎn)速有較高要求的設(shè)備。
對于無刷電機(jī)，輸入的直流電需要通過電子調(diào)速器或FOC驅(qū)動器變成三相交流電。

2工作原理

2.1有刷電機(jī)工作原理

電流通過轉(zhuǎn)子上的線圈產(chǎn)生安培力，當(dāng)轉(zhuǎn)子上的線圈與磁場平行時(shí)，再繼續(xù)轉(zhuǎn)受到的磁場方向?qū)⒏淖?#xff0c;因此此時(shí)轉(zhuǎn)子末端的電刷跟轉(zhuǎn)換片交替接觸，從而線圈上的電流方向也改變，產(chǎn)生的洛倫茲力方向不變，所以電動機(jī)能保持一個(gè)方向轉(zhuǎn)動。

2.2無刷電機(jī)工作原理

有空再寫。

3直流電機(jī)的調(diào)速與正反轉(zhuǎn)控制

3.0有刷/無刷電機(jī)的調(diào)速控制與正反轉(zhuǎn)控制區(qū)別

無刷直流電機(jī)由電機(jī)主體和電調(diào)或FOC驅(qū)動器組成，換相的工作交由后者來完成。

有刷和無刷兩種電機(jī)的調(diào)速控制實(shí)質(zhì)都是調(diào)壓，只是由于無刷直流采用了電子換向，所以要有數(shù)字控制才可以實(shí)現(xiàn)；而有刷直流電機(jī)通過電刷和換向器進(jìn)行機(jī)械換向，模擬和數(shù)字控制都可以控制，比較簡單。有刷電機(jī)和無刷電機(jī)都可以通過PWM調(diào)速。

無刷直流電動機(jī)不能通過改變電源電壓的極性來實(shí)現(xiàn)正反轉(zhuǎn)控制，但其正反轉(zhuǎn)原理同有刷直流電動機(jī)，通常采用改變逆變器開關(guān)管的邏輯關(guān)系使各相電樞繞組導(dǎo)通順序發(fā)生變化來實(shí)現(xiàn)電動機(jī)的正反轉(zhuǎn)。對于微機(jī)控制的無刷直流電動機(jī)調(diào)速系統(tǒng)，功率管的導(dǎo)通信號跟隨位置信號的切換可通過軟件來實(shí)現(xiàn)。

3.1有刷電機(jī)調(diào)速裝置

PWM電機(jī)驅(qū)動電路

上圖為非常經(jīng)典的L298N雙路直流電機(jī)驅(qū)動電路。這種類型的電機(jī)驅(qū)動電路的性價(jià)比高，通常用來驅(qū)動有刷直流電機(jī)。電調(diào)的電流容量遠(yuǎn)大于驅(qū)動電路。
選購時(shí)應(yīng)注意：

輸入電壓

驅(qū)動通道數(shù)

驅(qū)動電壓/電流

最大功率

主控芯片

3.2無刷電機(jī)調(diào)速裝置

電調(diào)

上圖為無刷電調(diào)。電調(diào)的輸入線與電池連接；電調(diào)的輸出線（有刷兩根、無刷三根）與電機(jī)連接；電調(diào)的信號線與接收機(jī)連接。

電調(diào)，全稱電子調(diào)速器（Electronic Speed Control，ESC），它根據(jù)控制信號調(diào)節(jié)電動機(jī)的轉(zhuǎn)速，一個(gè)電調(diào)配一個(gè)無刷電機(jī)。針對電機(jī)不同，可分為有刷電調(diào)（兩根輸出線）和無刷電調(diào)（三根輸出線）。電調(diào)并不能兼容所有電機(jī)，它必須根據(jù)電機(jī)的功率等參數(shù)來進(jìn)行選擇。

電調(diào)內(nèi)的單片機(jī)會通過PWM信號線接收啟動、停止、制動信號，以控制馬達(dá)的啟動、停止和制動；接收正反轉(zhuǎn)信號，用來控制逆變橋各功率管的通斷，使馬達(dá)產(chǎn)生連續(xù)轉(zhuǎn)矩；接收速度指令和速度反饋信號，用來控制和調(diào)整馬達(dá)轉(zhuǎn)速。

FOC驅(qū)動器

FOC（field-oriented control，磁場導(dǎo)向控制），又稱為矢量控制（vectorcontrol），是一種利用變頻器（VFD）控制三相交流馬達(dá)的技術(shù)，利用調(diào)整變頻器的輸出頻率、輸出電壓的大小及角度，來控制馬達(dá)的輸出。

FOC驅(qū)動器性能優(yōu)于電調(diào)。

附錄 微型直流電機(jī)種類與采購事項(xiàng)注意

本小節(jié)所描述的直流電機(jī)分類并非以有刷/無刷，永磁/非永磁的標(biāo)準(zhǔn)對直流電機(jī)進(jìn)行嚴(yán)格區(qū)分（因而把本節(jié)列入附錄） ，而是想直接用幾種學(xué)生時(shí)代常見的，但外觀完全不同的直流電機(jī)類型作為切入點(diǎn)進(jìn)行講解。以下圖源均來自淘寶，并非對其產(chǎn)品進(jìn)行宣傳。

馬達(dá)種類

類型一：玩具馬達(dá)

玩具中最常見的迷你馬達(dá)，價(jià)格便宜，總體性能薄弱，通常只適用于學(xué)習(xí)電機(jī)控制原理。

類型二：大扭矩直流電機(jī)

不論是體積還是性能都強(qiáng)于上者，因而應(yīng)用于車輛和機(jī)器人控制，在價(jià)格和性能方面有很大的選擇余地，本文便是圍繞這一類型的電機(jī)進(jìn)行講解的。

類型三：空心杯電機(jī)

被稱作空心杯電機(jī)，這是因?yàn)槠浣Y(jié)構(gòu)上突破了傳統(tǒng)電機(jī)的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)形式，采用無鐵芯轉(zhuǎn)子，由于其外形也叫空心杯型轉(zhuǎn)子。其內(nèi)部如下圖所示：

常見于航模，體積和質(zhì)量都是最小的，扭矩遠(yuǎn)不如前者。

采購事項(xiàng)

關(guān)鍵技術(shù)參數(shù)

電壓：12V/24V

電流：分為空載電流和負(fù)載電流，單位為mA

輸出功率

轉(zhuǎn)矩（扭矩）：電機(jī)轉(zhuǎn)動的力量大小，單位為?kg.m?或N.m。轉(zhuǎn)矩是一種力矩。

轉(zhuǎn)速：分為空載轉(zhuǎn)速和負(fù)載轉(zhuǎn)速，單位為r/min或rpm

其他還有噪音、效率、發(fā)熱量、穩(wěn)定性、耗電量。

電機(jī)選購時(shí)的注意點(diǎn)

選購直流電機(jī)組裝小車時(shí)應(yīng)注意：

電機(jī)的尺寸：會影響底盤的高度（輪胎大小相同的情況下）和對底盤的占用面積

重量：影響車輛速度

軸的形狀&軸徑：用于選購對應(yīng)輪胎

軸的位置：偏心軸還是中心軸

永磁/非永磁
采用永磁體作為定子的電機(jī)叫永磁電機(jī)，采用線圈（電磁鐵）作為定子的電機(jī)叫非永磁電機(jī)。前者各方面參數(shù)均明顯優(yōu)于后者。

齒輪減速機(jī)
齒輪減速機(jī)是利用各級齒輪傳動來達(dá)到降速的目的，降速同時(shí)提高輸出轉(zhuǎn)矩，轉(zhuǎn)矩輸出比例按電機(jī)輸出乘減速比；同時(shí)降低了負(fù)載的慣量，慣量的減少為減速比的平方。

更新記錄

2021.9.25
題目變更，將“微型直流減速電機(jī)簡述與電調(diào)調(diào)速控制”修改為“微型直流減速電機(jī)簡述：無刷電機(jī)與有刷電機(jī)區(qū)別分析”；
大幅修改文章結(jié)構(gòu)，并添加刪改了一部分內(nèi)容。

總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的微型直流减速电机简述：无刷电机与有刷电机区别分析的全部內(nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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