通用工程简介/Arduino 和电机/电机简介

电子电机存在于儿童玩具、遥控汽车、飞机和直升机、打印机、扫描仪和传真机中。它们购买时很昂贵，数量为 1，全新带说明书。这是因为电机是供应链的一部分，该供应链通常只生产足够的电机来满足儿童玩具等的订单。许多可以在互联网上出售，但很少有库存，如果它们有库存，价格也很高。通常，购买儿童玩具并将其拆卸更容易。目标是将这些电机连接到 Arduino，然后用它们制作一些新东西。本文档的目的是描述可以预期什么。

直流或有刷电机

这些也被称为罐装电机。两根线进入它们。它们通常直接连接到电池。开关打开它们。更高的电压会导致它们旋转得更快。它们通常在玩具中减速，它们被设计成快速旋转。如果打开并强制不旋转，电机将变热，甚至可能烧毁。电机由涂有透明油漆的铜线制成，并缠绕在一起形成一个球。当电机过热时，油漆会变成烟雾，附近的铜线会连接，电机变得更弱，电机会更热，会产生更多烟雾等。绕组电阻会继续下降。测量电机新的绕组电阻，并在出现问题时再次测量。

速度可以通过改变电压或脉冲电机来改变。大多数计算机控制的直流电机是脉冲的。固定电压的脉冲通常由电子调速器 (ESC) 发送到电机。1.5 毫秒的脉冲不会引起任何运动。更宽的脉冲会导致一个方向上的更快旋转。更短的脉冲会导致相反方向上的更快旋转。最终，过载的 ESC 会停止脉冲并打开一根线并关闭另一根线，具体取决于方向。

电机可以由 Arduino 直接脉冲。Arduino 也可以为电机供电，但这通常只适合演示目的。Arduino 的电源非常弱，尝试通过它为电机供电会损坏 Arduino。此外，Arduino 可能无法提供完全正确的最大电压。因此，ESC 位于 Arduino 和电机之间。

ESC 的三根线返回 Arduino。这些线通常是

Arduino --> ESC（各种宽度的 5 伏脉冲..脉冲宽度调制 (PWM)）
Arduino --- ESC 接地
Arduino <-- ESC 可以为 Arduino 供电（通常不希望这样做）

ESC 有两根线来自电池，然后两根线连接到直流有刷电机。这些可以是任何使电机的每分钟转数 (RPM) 达到最大值的电压。理想情况下，ESC 会将 Arduino 与直流电机光隔离。

伺服电机

2 根线。伺服机构被设计为移动到一个位置并保持该位置。它们不是为连续旋转而设计的。用于在喷墨打印机、绘图仪、扫描仪中定位打印头。以设定的速度移动。转到一个位置并停止。停止并继续打开时，将尝试保持其位置。强制它在这个位置移动会损坏电机。通常由一个电路板控制，该电路板用 LED 和光传感器计数阴影，或者有一个电阻器，其值会根据位置而变化。通常在通电时放大到一侧以确定其位置。

伺服电机通常安装在电路板上。有些有像直流电机和 ESC 之间那样有两根线连接到电路板。连接到板上的有电机电源线，以及再次连接到 Arduino 的三根线，与上面提到的三根线相同。

Arduino 向伺服电机发送脉冲，就像发送到 ESC 一样。脉冲具有不同的含义。脉冲描述了一个要到达的位置。在伺服电机内部，有一种反馈机制，可以计数阴影或转动可变电阻。然后，伺服电机电路板将伺服电机移动到该位置。当一定数量的阴影过去或电阻达到某个值时，它会知道何时到达该位置。Arduino 必须不断发送相同的位置以将电机保持在当前位置。短脉冲朝一个方向走，长脉冲朝相反方向走，中等脉冲宽度到达中间。中间通常是 1.5 毫秒。

相同型号的电机会有所不同，因此每个电机都需要通过撞击某些边缘来校准...想想喷墨打印机通电时的砰砰声。

伺服电机非常适合必须转动一定距离然后停止的机器人轮子。它们非常适合必须以某种方式平衡自身的机器人。自动驾驶仪可以使用它们在走廊中导航。它们不适合旋转螺旋桨，例如有刷直流电机和无刷电机。

无刷电机

3 根线。无刷电机比直流有刷电机贵。许多 PC 风扇是无刷电机。在激光打印机中驱动纸张路径的电机是无刷的。

它们比伺服电机或有刷电机构建得不同。没有金属相互摩擦的地方。无刷电机使用寿命更长，旋转速度更快，并有助于延长电池寿命。它们有 3 根线而不是 2 根。有两种类型：内转子和外转子。

内转子

无刷内转子从外部看非常类似于有刷直流电机，在尺寸上。它们通常安装在带齿轮箱的电路板上，就像伺服电机一样。它们旋转速度非常快，必须像有刷直流电机一样减速。它们不同于有刷直流电机，因为它们更强大、更有效率，而且使用寿命更长。通过调整齿轮传动，可以将它们匹配到更广泛的螺旋桨或负载。

从电路板上出来的五根线与连接到有刷直流电机和伺服电机电路板上的 ESC 上出来的线相同（2 根用于电源输入，3 根连接到 Arduino）。脉冲与无刷直流电机相同。唯一的区别是，在最大 RPM 下，仍然有脉冲。不像有刷直流电机那样只有一个长脉冲。唯一的物理区别是，有 3 根线进入电机（当它安装在电路板上时，你可能看不到它们）。

外转子

外转子已经是激光打印机、复印机、传真机、扫描仪、蓝光播放器、CD 播放器等需要非常精确、恒定速度的标准电机。它也存在于模型直升机、遥控飞机和其他需要轻量化的可变速度应用中。它与所有其他电机完全不同。它看起来像真空吸尘器电机一样散架了。你不需要拆卸它们。看看这些维基共享资源图片。

拆开 CD 播放器并找到电机非常容易。

首先将其倒置，然后取下固定底板的螺丝。

螺丝和板露出一个保持环，可以使用刀或螺丝刀轻松取下。

取下保持环后，可以取下整个旋转组件。可能有一些阻力，感觉像是将磁铁彼此分离。

所有无刷外转子电机杯下方都有一系列线圈。在某些电机中，线圈之间是霍尔效应探头。霍尔效应探头检测旋转磁场，并向电子设备提供无刷电机输出的脉冲。通过这个脉冲，电子设备可以精确地控制电机的速度。变速电机不一定有霍尔效应探头。ESC 中的电子设备通过脉冲控制电机，告诉它初始方向，其他反馈系统（人类使用 RC 或者自动驾驶仪读取加速度计或陀螺仪）会调节速度）。

电机的一些部件通常连接到电路板上。磁铁安装在罐子的内侧，与轴一起旋转……有点像旋转的雨伞。

所有无刷电机都有旋转的“雨伞”。“雨伞”内部是一个永磁体。它看起来像一个连续的圆形磁铁。然而，它更像是一系列磁铁。

无刷外转子电机始终构建在电路板上。这使得它们更便宜。这款 CD 电机的电路板上没有电子元件。一根排线将 11 根线连接到另一个控制电路板。但通常控制器会内置在同一个电路板上。电路板通过两种方式与控制器接口。定速电机有一根电缆，其中包含电源、输入（电机开启、电机半速）和与电机运动相关的输出脉冲。

变速电机通常没有直接与电机相关的电路。相反，通常有 3 根线从电机引出，连接到“电子速度控制器”。