全文转载自:一文分清普通电机、减速电机、步进电机、舵机、伺服电机的区别 – OFweek机器人网


这里所说的普通电机、步进电机、伺服电机、舵机是指直流微电机,平时我们接触的也多是直流电机。电动机,别名“马达”,就是指根据电磁感应定律保持电磁能的变换或传送的这种电磁感应设备。电机也称(别名电机),在电源电路连用英文字母“M”(旧规范用“D”)表达。其主要功能是产生驱动扭矩,用作电器或各种机器的动力源。发电机由电路中的字母“G”表示。

普通电机

普通电机是我们平时见得比较多的电机,电动玩具,刮胡刀等里面都有,一般为直流有刷电机。这种电机有转速过快、扭力过小的特点,一般只有两个引脚,用电池的正负极接上两个引脚就会转起来,然后电池得正负极再相反的接在两引脚上电机将会反向转动。

减速电机

减速电机就是普通电机加上了减速箱,这样便降低了转速,增加了扭力,使得普通电机有更广泛的使用空间。

步进电机

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件。在非超载的情况下,电机的转速、停止的位置只取决于脉冲信号的频率和脉冲数,而不受负载变化的影响,当步进驱动器接收到一个脉冲信号,它就驱动步进电机按设定的方向转动一个固定的角度,称为“步距角”,它的旋转是以固定的角度一步一步运行的。可以通过控制脉冲个数来控制角位移量,从而达到准确定位的目的;同时可以通过控制脉冲频率来控制电机转动的速度和加速度,从而达到调速的目的。

舵机

舵机主要是由外壳、电路板、无核心马达、齿轮与位置检测器所构成。其工作原理是由接收机发出讯号给舵机,经由电路板上的IC判断转动方向,再驱动无核心马达开始转动,透过减速齿轮将动力传至摆臂,同时由位置检测器送回讯号,判断是否已经到达定位。位置检测器其实就是可变电阻,当舵机转动时电阻值也会随之改变,藉由检测电阻值便可知转动的角度。

舵机厂商提供的规格资料,通常都会包含外形尺寸(mm)、扭力(kg/cm)、速度(秒/60°)、测试电压(V)及重量(g)等基本资料。扭力的单位是kg/cm,意思是在摆臂长度1公分处,能吊起几公斤重的物体。这就是力臂的观念,因此摆臂长度愈长,则扭力愈小。速度的单位是sec/60°,意思是舵机转动60°所需要的时间。

伺服电机

伺服电机又称执行电动机,在自动控制系统中,用作执行元件,把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。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。

伺服电机主要靠脉冲来定位,基本上可以这样理解,伺服电机接收到1个脉冲,就会旋转1个脉冲对应的角度,从而实现位移,因为,伺服电机本身具备发出脉冲的功能,所以伺服电机每旋转一个角度,都会发出对应数量的脉冲,这样,和伺服电机接受的脉冲形成了呼应,或者叫闭环,如此一来,系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机,同时又收了多少脉冲回来,这样,就能够很精确的控制电机的转动,从而实现精确的定位,可以达到0.001mm。

伺服电机分为交流伺服和直流伺服两大类。

交流伺服电机分为异步型交流伺服电动机、同步型交流伺服电动机两类。

直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低,结构简单,启动转矩大,调速范围宽,控制容易,需要维护,但维护不方便(换碳刷),产生电磁干扰,对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。

减速电机工作原理

减速齿轮电机又称齿轮减速电机或减速电机,是电机驱动闭式传动齿轮减速装置,对电机及齿轮箱进行集成组装的减速传动机构,用来降低转速和增大转矩,以满足机械设备工作的需要。

减速齿轮电机的用途:①降低转速。

把电机的转速通过减速齿轮箱实现所需要的转速,即常说的输出转速。②增大转矩。

同等功率条件下,输出转速越慢的齿轮减速电机,扭力越大,反之越小。③改变传动方向。

例如我们用两个扇形齿轮可以将力垂直传递到另一个转动轴。④离合功能。

我们可以通过加装刹车离合器,实现断电即时刹车的目的。

步进电机基本原理

工作原理:

通常电机的转子为永磁体,当电流流过定子绕组时,定子绕组产生一矢量磁场。该磁场会带动转子旋转一角度,使得转子的一对磁场方向与定子的磁场方向一致。当定子的矢量磁场旋转一个角度。转子也随着该磁场转一个角度。每输入一个电脉冲,电动机转动一个角度前进一步。它输出的角位移与输入的脉冲数成正比、转速与脉冲频率成正比。改变绕组通电的顺序,电机就会反转。所以可用控制脉冲数量、频率及电动机各相绕组的通电顺序来控制步进电机的转动。

发热原理:

通常见到的各类电机,内部都是有铁芯和绕组线圈的。绕组有电阻,通电会产生损耗,损耗大小与电阻和电流的平方成正比,这就是我们常说的铜损,如果电流不是标准的直流或正弦波,还会产生谐波损耗;铁心有磁滞涡流效应,在交变磁场中也会产生损耗,其大小与材料,电流,频率,电压有关,这叫铁损。铜损和铁损都会以发热的形式表现出来,从而影响电机的效率。步进电机一般追求定位精度和力矩输出,效率比较低,电流一般比较大,且谐波成分高,电流交变的频率也随转速而变化,因而步进电机普遍存在发热情况,且情况比一般交流电机严重。

舵机工作原理

由pwm波进入内部电路产生一个偏置电压,触发电机通过减速齿轮带动电位器移动,使电压差为零时,电机停转,从而达到伺服的效果。

舵机PWM的协议都是相同的,但最新出现的舵机可能不一样

协议一般为:高电平宽度在0.5ms~2.5ms控制舵机转过不同的角度。

伺服电机工作原理

伺服电机的工作原理比较简单,但是其工作比较高效。伺服电路内置在电机单元内部,它使用一根通常配有齿轮的柔性轴。电信号控制电机,也决定轴的移动量。伺服电机内部设置简单:小型直流电机,控制电路和电位器。直流电机通过齿轮连接在控制轮上,当电机转动时,电位器的电阻发生变化,控制电路能够精确调节运动和方向。

当轴处于正确的(理想的)位置时,电机停止供电。如果轴没有停在目标的位置,电动机一直运转,直到进入正确的方向。目标的位置通过使用电脉冲的信号线传送。所以,电机的速度与实际和理想的位置成正比。当电机接近所需位置时,电机开始缓慢转动,但电机转到最远时,转速很快。换句话说,伺服电机只需要尽可能快地完成任务,这使得它们成为高效率的设备。

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