電機有哪些種類(lèi)？
雖然“電機的種類(lèi)”這幾個(gè)字說(shuō)起來(lái)簡(jiǎn)單，但隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，電機已經(jīng)變得越來(lái)越多樣化，因此分類(lèi)方法也呈現多樣化趨勢，可以根據電源種類(lèi)、產(chǎn)生轉矩的原理、電機結構以及應用領(lǐng)域等進(jìn)行分類(lèi)。
例如，當我們根據[轉矩產(chǎn)生原理] ≫ [電源] ≫ [結構]進(jìn)行分類(lèi)，就會(huì )得出如下圖所示的結果：
如上圖所示，電機的種類(lèi)有很多，但方便用于電子制作的電機卻是有限的。 在本文中，將為您介紹適用于電子制作的三種主要電機及其應用。
什么是有刷直流電機？
在電子制作中常用的電機是“有刷直流電機”。 不同的電機制造商對這種電機的叫法也有所不同，比如“DC電機”、“直流換向器電機”、“有刷電機”、“直流換向器電動(dòng)機”等各種名稱(chēng)。
有刷直流電機是一種簡(jiǎn)單易用的電機，它無(wú)需準備特別的電子電路來(lái)驅動(dòng)，只要連接干電池等電源即可旋轉。 由于其易用性和低廉的價(jià)格，使其成為電子制作中使用率最高的電機。
它還可以通過(guò)PWM或被稱(chēng)為“電機驅動(dòng)器”的控制IC來(lái)調整旋轉速度、設置旋轉方向并控制制動(dòng)等，因此還被廣泛用于無(wú)線(xiàn)電控制器和風(fēng)扇等應用。
圖中是有刷直流電機的典型控制方式——“H橋電路”。 可以通過(guò)四個(gè)開(kāi)關(guān)（實(shí)際上是晶體管或FET）的ON/OFF來(lái)操作電機①自由/②正轉/③反轉/④制動(dòng)。
雖然這種電機具有易用性的優(yōu)點(diǎn)，但它也有一些缺點(diǎn)。 有刷直流電機的內部具有被稱(chēng)為“電刷”的接觸體，如果電刷因旋轉引起的摩擦而嚴重磨損，電機將無(wú)法使用。轉幾個(gè)小時(shí)是沒(méi)有問(wèn)題的，但是如果持續使用，電刷就會(huì )磨損嚴重，就需要更換整個(gè)電機，而且電機不能再重復使用。
此外，接觸體電刷產(chǎn)生的火花也是導致噪聲的原因之一，在某些情況下，有刷直流電機運行時(shí)產(chǎn)生的異味也是很大的問(wèn)題，因此，在一些應用場(chǎng)景中，必須考慮其他選項。
優(yōu)點(diǎn)
• 給電即可旋轉
• 價(jià)格低
缺點(diǎn)
• 電刷引起的問(wèn)題（壽命、噪聲、異味等）
什么是無(wú)刷直流電機？
“無(wú)刷直流電機”通過(guò)取消有刷直流電機的電刷，解決了電刷帶來(lái)的弊端。 通過(guò)去除電刷，取消了電機內部的接觸體，減少了零部件數量，最終使電機在可維護性、重量、壽命、電機效率和高速旋轉等各個(gè)方面的性能都得到了提升，可以說(shuō)是一種劃時(shí)代的電機。這種電機不是給電就可以工作的，使用起來(lái)稍微有點(diǎn)麻煩，但其效率高，壽命長(cháng)，因而常被用于電池供電的設備。
使電機旋轉的電子電路會(huì )始終監測與輸出軸（曲軸）連接的轉子的旋轉角度，并根據角度隨時(shí)切換線(xiàn)圈的通電。 驅動(dòng)電路的作用對于無(wú)刷直流電機的控制非常重要。無(wú)刷直流電機的驅動(dòng)電路需要很多電子元器件，包括位置檢測傳感器、多個(gè)功率晶體管和柵極驅動(dòng)器、以及控制它們的微控制器等，因此對電路設計技巧和軟件知識要求很高。
近年來(lái)，配備單片機控制IC或具有無(wú)刷直流電機控制功能的微控制器的無(wú)刷直流電機也越來(lái)越多，但總體而言，無(wú)刷直流電機的操作還是比有刷直流電機復雜。
無(wú)刷直流電機的驅動(dòng)電路。 在該電路之外，還增加了位置檢測傳感器和用來(lái)檢測過(guò)電流的保護電路，使電路規模很大。
順便提一下，無(wú)刷直流電機的分類(lèi)比較復雜，由于電機本身是由逆變器產(chǎn)生的交流電驅動(dòng)的，所以可以考慮將其歸類(lèi)為“交流電機”，但貌似無(wú)刷直流電機多被歸類(lèi)為“直流電機”。
優(yōu)點(diǎn)
• 重量輕、壽命長(cháng)、電機效率好
缺點(diǎn)
• 價(jià)格貴、驅動(dòng)電路復雜
什么是步進(jìn)電機？
“步進(jìn)電機”是可以控制旋轉角度的電機。 前面介紹的兩種電機都是用作長(cháng)時(shí)間連續旋轉的動(dòng)力源，而步進(jìn)電機主要用于位置控制。
步進(jìn)電機的特點(diǎn)是，每施加一次脈沖信號，輸出軸就轉過(guò)一個(gè)固定的角度。 這種每輸入一次脈沖信號而旋轉的角度稱(chēng)為“步距角”。例如，如果是步距角為1.8°的步進(jìn)電機的話(huà)，會(huì )每200個(gè)脈沖旋轉一圈，因此可以按照“施加100個(gè)脈沖使其旋轉半圈”、“每秒施加1000個(gè)脈沖，使其5轉/秒”等進(jìn)行控制，可以很靈活地控制其旋轉速度、方向和停止位置等。
由于即使在電機停轉時(shí)其保持轉矩也會(huì )作用，因此步進(jìn)電機也被用于需要固定停止位置的應用。
與伺服電機通過(guò)安裝在電機外部的伺服機構來(lái)實(shí)現準確停止位置的方式不同，步進(jìn)電機通過(guò)其內部結構來(lái)控制位置，因此具有結構簡(jiǎn)單、可靠性高的特點(diǎn)。對于數控機床、3D打印機和機械臂等需要高精度位置控制的應用而言，步進(jìn)電機已成為不可或缺的部件。
只需施加脈沖即可運行的步進(jìn)電機，其驅動(dòng)電路是相對簡(jiǎn)單的。但是，如果負載轉矩過(guò)大或轉速過(guò)快，就會(huì )出現失步（發(fā)送的脈沖數與旋轉角度不匹配）和噪聲等問(wèn)題，因此要想使其穩定運轉，還是需要一定的機械設計技巧的。
用來(lái)驅動(dòng)步進(jìn)電機的驅動(dòng)器IC。乍一看很復雜，不過(guò)其原理只是有刷直流電機的H橋電路的延伸而已。另外，它會(huì )處理脈沖信號，因此很容易控制。
優(yōu)點(diǎn)
• 位置控制容易
• 具有保持轉矩
• 可靠性高
缺點(diǎn)
• 步進(jìn)式旋轉，所以動(dòng)作不順暢
• 不適合長(cháng)時(shí)間連續旋轉和高速旋轉 |
