通用工程簡介/Arduino 和電機/電機簡介

電子電機存在於兒童玩具、遙控汽車、飛機和直升機、印表機、掃描器和傳真機中。它們購買時很昂貴，數量為 1，全新帶說明書。這是因為電機是供應鏈的一部分，該供應鏈通常只生產足夠的電機來滿足兒童玩具等的訂單。許多可以在網際網路上出售，但很少有庫存，如果它們有庫存，價格也很高。通常，購買兒童玩具並將其拆卸更容易。目標是將這些電機連線到 Arduino，然後用它們製作一些新東西。本文件的目的是描述可以預期什麼。

直流或有刷電機

這些也被稱為罐裝電機。兩根線進入它們。它們通常直接連線到電池。開關開啟它們。更高的電壓會導致它們旋轉得更快。它們通常在玩具中減速，它們被設計成快速旋轉。如果開啟並強制不旋轉，電機將變熱，甚至可能燒燬。電機由塗有透明油漆的銅線製成，並纏繞在一起形成一個球。當電機過熱時，油漆會變成煙霧，附近的銅線會連線，電機變得更弱，電機會更熱，會產生更多煙霧等。繞組電阻會繼續下降。測量電機新的繞組電阻，並在出現問題時再次測量。

速度可以透過改變電壓或脈衝電機來改變。大多數計算機控制的直流電機是脈衝的。固定電壓的脈衝通常由電子調速器 (ESC) 傳送到電機。1.5 毫秒的脈衝不會引起任何運動。更寬的脈衝會導致一個方向上的更快旋轉。更短的脈衝會導致相反方向上的更快旋轉。最終，過載的 ESC 會停止脈衝並開啟一根線並關閉另一根線，具體取決於方向。

電機可以由 Arduino 直接脈衝。Arduino 也可以為電機供電，但這通常只適合演示目的。Arduino 的電源非常弱，嘗試透過它為電機供電會損壞 Arduino。此外，Arduino 可能無法提供完全正確的最大電壓。因此，ESC 位於 Arduino 和電機之間。

ESC 的三根線返回 Arduino。這些線通常是

Arduino --> ESC（各種寬度的 5 伏脈衝..脈衝寬度調製 (PWM)）
Arduino --- ESC 接地
Arduino <-- ESC 可以為 Arduino 供電（通常不希望這樣做）

ESC 有兩根線來自電池，然後兩根線連線到直流有刷電機。這些可以是任何使電機的每分鐘轉數 (RPM) 達到最大值的電壓。理想情況下，ESC 會將 Arduino 與直流電機光隔離。

伺服電機

2 根線。伺服機構被設計為移動到一個位置並保持該位置。它們不是為連續旋轉而設計的。用於在噴墨印表機、繪圖儀、掃描器中定位列印頭。以設定的速度移動。轉到一個位置並停止。停止並繼續開啟時，將嘗試保持其位置。強制它在這個位置移動會損壞電機。通常由一個電路板控制，該電路板用 LED 和光感測器計數陰影，或者有一個電阻器，其值會根據位置而變化。通常在通電時放大到一側以確定其位置。

伺服電機通常安裝在電路板上。有些有像直流電機和 ESC 之間那樣有兩根線連線到電路板。連線到板上的有電機電源線，以及再次連線到 Arduino 的三根線，與上面提到的三根線相同。

Arduino 向伺服電機傳送脈衝，就像傳送到 ESC 一樣。脈衝具有不同的含義。脈衝描述了一個要到達的位置。在伺服電機內部，有一種反饋機制，可以計數陰影或轉動可變電阻。然後，伺服電機電路板將伺服電機移動到該位置。當一定數量的陰影過去或電阻達到某個值時，它會知道何時到達該位置。Arduino 必須不斷髮送相同的位置以將電機保持在當前位置。短脈衝朝一個方向走，長脈衝朝相反方向走，中等脈衝寬度到達中間。中間通常是 1.5 毫秒。

相同型號的電機會有所不同，因此每個電機都需要透過撞擊某些邊緣來校準...想想噴墨印表機通電時的砰砰聲。

伺服電機非常適合必須轉動一定距離然後停止的機器人輪子。它們非常適合必須以某種方式平衡自身的機器人。自動駕駛儀可以使用它們在走廊中導航。它們不適合旋轉螺旋槳，例如有刷直流電機和無刷電機。

無刷電機

3 根線。無刷電機比直流有刷電機貴。許多 PC 風扇是無刷電機。在雷射印表機中驅動紙張路徑的電機是無刷的。

它們比伺服電機或有刷電機構建得不同。沒有金屬相互摩擦的地方。無刷電機使用壽命更長，旋轉速度更快，並有助於延長電池壽命。它們有 3 根線而不是 2 根。有兩種型別：內轉子和外轉子。

內轉子

無刷內轉子從外部看非常類似於有刷直流電機，在尺寸上。它們通常安裝在帶齒輪箱的電路板上，就像伺服電機一樣。它們旋轉速度非常快，必須像有刷直流電機一樣減速。它們不同於有刷直流電機，因為它們更強大、更有效率，而且使用壽命更長。透過調整齒輪傳動，可以將它們匹配到更廣泛的螺旋槳或負載。

從電路板上出來的五根線與連線到有刷直流電機和伺服電機電路板上的 ESC 上出來的線相同（2 根用於電源輸入，3 根連線到 Arduino）。脈衝與無刷直流電機相同。唯一的區別是，在最大 RPM 下，仍然有脈衝。不像有刷直流電機那樣只有一個長脈衝。唯一的物理區別是，有 3 根線進入電機（當它安裝在電路板上時，你可能看不到它們）。

外轉子

外轉子已經是雷射印表機、影印機、傳真機、掃描器、藍光播放器、CD 播放器等需要非常精確、恆定速度的標準電機。它也存在於模型直升機、遙控飛機和其他需要輕量化的可變速度應用中。它與所有其他電機完全不同。它看起來像真空吸塵器電機一樣散架了。你不需要拆卸它們。看看這些維基共享資源圖片。

拆開 CD 播放器並找到電機非常容易。

首先將其倒置，然後取下固定底板的螺絲。

螺絲和板露出一個保持環，可以使用刀或螺絲刀輕鬆取下。

取下保持環後，可以取下整個旋轉元件。可能有一些阻力，感覺像是將磁鐵彼此分離。

所有無刷外轉子電機杯下方都有一系列線圈。在某些電機中，線圈之間是霍爾效應探頭。霍爾效應探頭檢測旋轉磁場，並向電子裝置提供無刷電機輸出的脈衝。透過這個脈衝，電子裝置可以精確地控制電機的速度。變速電機不一定有霍爾效應探頭。ESC 中的電子裝置透過脈衝控制電機，告訴它初始方向，其他反饋系統（人類使用 RC 或者自動駕駛儀讀取加速度計或陀螺儀）會調節速度）。

電機的一些部件通常連線到電路板上。磁鐵安裝在罐子的內側，與軸一起旋轉……有點像旋轉的雨傘。

所有無刷電機都有旋轉的“雨傘”。“雨傘”內部是一個永磁體。它看起來像一個連續的圓形磁鐵。然而，它更像是一系列磁鐵。

無刷外轉子電機始終構建在電路板上。這使得它們更便宜。這款 CD 電機的電路板上沒有電子元件。一根排線將 11 根線連線到另一個控制電路板。但通常控制器會內建在同一個電路板上。電路板透過兩種方式與控制器介面。定速電機有一根電纜，其中包含電源、輸入（電機開啟、電機半速）和與電機運動相關的輸出脈衝。

變速電機通常沒有直接與電機相關的電路。相反，通常有 3 根線從電機引出，連線到“電子速度控制器”。