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火狐体育全站app:有刷电机VS无刷电机:一场没有硝烟的战争
来源:火狐电竞app 作者:火狐体育全站app时间:2022-01-23 02:54:25 浏览:20

  电机是个大家族,什么直流交流、有刷无刷、单相三相、同步异步......这些名字都够作一曲《生僻字》。但在格斗机器人界最常用的不过两种:有刷直流电机和无刷直流电机(以下简称有刷电机和无刷电机)

  只有一字之差的有刷电机和无刷电机,究竟有何异同?制作格斗机器人时又该如何选择?

  有刷电机是所有电机中最基础的,不仅具有启动快速、制动及时、调速平稳、控制简单等优点,而且结构简单、价格便宜,一直是制作格斗机器人之首选。Biteforce、Tombstone等Battlebots冠军级选手所使用的都是有刷电机。

  这些“冠军电机”光看外表就气宇不凡,不明也觉厉。抛开这些,还记得曾经风靡一时的四驱车吗,每辆四驱车里面有个小马达,那也是有刷电机。

  在电机中,我们把通电后旋转的部分称为“转子”,固定不动的部分称为“定子”。有刷电机的线圈在转子上,磁铁在定子上,线圈通电后就会在磁场中受力而产生转动。

  然而我们发现,电机的正负极(铜片)是在定子(电机外壳)上的,绕在转子上的线圈却要一直转动。那么,怎么才能将电流传送到线圈呢?

  说到这儿,就不得不提这有刷电机还真是“有两把刷子”!有刷电机内部有一对“电刷”,内通换向器,外达正负极,通电变相全搞定,持续旋转无压力。

  不过,电刷也是让有刷电机短命的罪魁祸首。由于持续的滑动和摩擦,电刷会不断磨损消耗。因此,有刷电机必须定期更换碳刷以维持正常使用。

  无刷电机,顾名思义,就是没有电刷的电机。那既然没有了电刷,又如何才能让电机持续运转呢?

  原来,无刷电机结构与有刷电机正好相反:有刷电机是磁极定,线圈转;无刷电机则是线圈定,磁极转。例如下图的无刷电机,银色的金属壳内安装了一圈磁极,通电时磁极就会带着外壳飞速旋转。

  相较于黑白低调的有刷电机,无刷电机大多有着华丽的外表来体现其高贵身份(和价格)。更要命的是,无刷电机居然有三根线!如果红接正,黑接负,那黄接什么?

  这里就不得不介绍一下无刷电机的工作原理:无刷电机虽然没有电刷,但依然需要通过电流换向才能使电机持续运转。无刷电机采用电子换向,利用外接的电子设备使线圈中的电流周期性变化,从而形成正确方向的磁力来驱动电机。所谓的“无刷电调”指的就是这种电子设备。

  上图中无刷电调左侧的红蓝黑三根线,正好对上无刷电机的三根线。普通无刷电机的三根线并无顺序之分,不管是红黄黑、红蓝黑还是黑黑黑,改变接线顺序一般只会导致不同的旋转方向。

  无刷电机没有电刷,自然也没了那些烦恼。没有电刷摩擦,噪音和电火花统统不见;没有电刷摩擦,无刷电机转速飞起还省电;没有电刷摩擦,无刷电机几乎不需额外的维护……

  来自荷兰的金属头骨战队(Metal Skull Robotics)就非常擅于在格斗机器人中使用无刷电机。金属头骨战队的机器人以高度定制、结构紧凑、做工精良而闻名,战队制作的大大小小的格斗机器人,不管是武器还是行驶,全部使用无刷电机作为动力。

  值得一提的是,金属头骨战队还将无刷电机内置到旋转武器之中(也就是将武器和转子结合),通过对电机结构的改造,在保证稳定性的前提下将旋转效率最大化,其精妙之极,让人叹为观止。

  无刷电机在许多方面都高于有刷电机,价格上也不例外。无论是控制电路(电调)还是电机本身,其造价和售价都比同等级别的有刷电机要高出不少。因此大多数战队还是将有刷电机作为造机之首选。当然,无刷电机的紧凑和高效使其在低重量级别有更大的用武之地。将无刷电机用于旋转武器已经十分常见,用作行驶驱动也不是什么新鲜事儿了。

  首先,作为最基础的电机类型,有刷电机通电就转,控制简单,是入门学习之首选。无刷电机,尤其是需要正反转时,对控制有更高的要求。

  其次,对于追求大功率输出、且单向旋转的轻量旋转武器,如竖转、转鼓等,使用无刷电机可以节省空间和重量,这在低重量级别的比赛中优势更为明显。而对于行驶和举升武器等需要平稳控制和大力输出的系统,有刷电机的特性则更为适合。

  最后,虽然有刷电机电刷容易磨损,但格斗机器人的电机本身就是消耗品。大多数电机还没等电刷磨完,很可能就会被对手打坏或因过载而烧毁。与其寿命长,不如备件多!如果预算紧张,用有刷电机更划得来。