arduino学习中常用电机科普之直流有刷电机与无刷电机 DF创客社区

由于前段在学习Arduino控制一个小马达的时候，才开始接触电机，不接触不知道，一接触发现电机的种类还挺多的。搞得我晕头转向的，然后花了点时间总结了arduino常常用到的记住电机，算是做个总结，也是给小白分享一下电机小知识，如果有错，欢迎纠正，我及时更正。
玩arduino的过程中，常用的直流电机有有刷直流电机，无刷直流电机，直流减速电机，直流伺服电机（也称舵机），步进电机。

本帖不讲程序，只讲电机原理与构造，因为我发现各种厂家的电机驱动板都会提供驱动程序demo，对于小白来讲，虽然可以驱动，但是只知其然，不知其所以然，总觉得不爽呢。几乎各个品牌都没有电机原理与构造的讲解，当然这不在他们的义务当中。我经过一段时间的网上学习与收集，在这分享各种常用电机的基本知识。

1.直流电机

上图这种电机我想大家都见过，小时候经常玩的四驱车，就是这种，以前我叫它马达，哈哈，完全没有电机的概念，只知道给它通上电会转。其实它是有刷直流电机。

这种直流有刷电机的主要特点是可以快速连续旋转。它被大量应用于驱动遥控模型车的车轮。最常见的型号有130，因此很多朋友也会称呼这种电机为130电机。

直流电机工作原理

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

直流发电机的工作原理就是把电枢线圈中感应的交变电动势，靠换向器配合电刷的换向作用，使之从电刷端引出时变为直流电动势的原理。

感应电动势的方向按右手定则确定（磁感线指向手心，大拇指指向导体运动方向，其他四指的指向就是导体中感应电动势的方向）。导体受力的方向用左手定则确定。

这一对电磁力形成了作用于电枢一个力矩，这个力矩在旋转电机里称为电磁转矩，转矩的方向是逆时针方向，企图使电枢逆时针方向转动。

如果此电磁转矩能够克服电枢上的阻转矩（例如由摩擦引起的阻转矩以及其它负载转矩），电枢就能按逆时针方向旋转起来。

有刷直流电机

有刷电机的主要结构就是定子+转子+电刷，通过旋转磁场获得转动力矩，从而输出动能。电刷与换向器不断接触摩擦，在转动中起到导电和换相作用。

有刷电机采用机械换向，磁极不动，线圈旋转。电机工作时，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。

随着电机转动，不同时刻给不同线圈或同一个线圈的不同的两极通电，使得线圈产生磁场的N-S极与最靠近的永磁铁定子的N-S极有一个适合的角度差，磁场异性相吸、同性相斥，产生力量，推动电机转动。碳电极在线圈接线头上滑动，象刷子在物体表面刷，因此叫碳“刷”。

相互滑动，会摩擦碳刷，造成损耗，需要定期更换碳刷；碳刷与线圈接线头之间通断交替，会发生电火花，产生电磁破，干扰电子设备。

无刷直流电机

无刷电机中，换相的工作交由控制器中的控制电路（一般为霍尔传感器+控制器，更先进的技术是磁编码器）来完成。

无刷电机采取电子换向，线圈不动，磁极旋转。无刷电机，是使用一套电子设备，通过霍尔元件，感知永磁体磁极的位置，根据这种感知，使用电子线路，适时切换线圈中电流的方向，保证产生正确方向的磁力，来驱动电机。消除了有刷电机的缺点。

这些电路，就是电机控制器。无刷电机的控制器，还可以实现一些有刷电机不能实现的功能，比如调整电源切换角，制动电机，使电机反转，锁住电机，利用刹车信号，停止给电机供电。现在电瓶车的电子报警锁，就充分利用了这些功能。

有刷直流电机与无刷直流电机的区别

1.适用范围

无刷电机：通常被使用在控制要求比较高，转速比较高的设备上，如航模，精密仪器仪表等对电机转速控制严格，转速达到很高的设备上。
碳刷电机：通常动力设备使用的都是有刷电机，如吹风机、工厂的电动机、家用的抽油烟机等等，另外串激电机的转速也能达到很高，但是由于碳刷的磨损，使用寿命不如无刷电机。

2.使用寿命
无刷电机：通常使用寿命在几万小时这个数量级，但是由于轴承的不同无刷电机使用寿命也有很大不同。

碳刷电机：通常有刷电机的连续工作寿命在几百到1千多个小时，到达使用极限就需要更换碳刷，不然很容易造成轴承的磨损。

3.使用效果

无刷电机：通常是数字变频控制，可控性强，从每分钟几转，到每分钟几万转都可以很容易实现。

碳刷电机：旧碳刷电机一般启动以后工作转速恒定，调速不是很容易，串激电机也能达到20000转/分，但是使用寿命会比较短。

4.节能方面

相对而言，无刷电机采用变频技术控制的会比串激电机节能很多，最典型的就是变频空调和冰箱。

5.日后维修方面

碳刷电机需要更换碳刷，如果更换不及时会造成电机的损坏，而无刷电机，使用寿命很长，通常是有刷电机的10倍以上，但是坏了就需要更换电机，但日常维护基本不需要。

直流减速电机
了解了直流电机原理和种类之后，开始学习直流减速的电机的驱动
直流减速电机相比较直流电机加了减速器。

光DFRobot就有几十种直流减速电机，别怕，哈哈，其实它很简单。它只是在直流电机的基础上添加了减速器。那么什么是减速器呢。我们知道直流电机，平时转的超级快，一般直流电机的转速都是一分钟几千上万转的，比如我们小时候玩的四驱车，装上电池，那叫一个快啊，根本追不上。但是很多厂景，并不需要那么快，所以我们就需要给电机减速，其实就是在电机旁边加减速器（在我看来就是加一些齿轮）。

减速器
减速器是一种相对精密的机械零件，使用它的目的是降低转速，增加转矩。减速后的直流电机力矩增大、可控性更强。按照传动级数不同可分为单级和多级减速器；按照传动类型可分为齿轮减速器、蜗杆减速器和行星齿轮减速器。