Que tipo de motor está na caixa de direção? A diferença entre motores DC com e sem escova

Amigos, quando você recebe umservo, esteja você fazendo um robô, um modelo ou um protótipo de produto, você já ficou curioso para saber que tipo de motor é o componente principal escondido naquela pequena carcaça? Muitos amigos que são novos no leme muitas vezes só sabem que ele pode girar em um ângulo específico, mas não sabem muito sobre o mistério do “coração” que o move. Se você escolher o errado, na melhor das hipóteses a vibração pode ser fraca ou, na pior das hipóteses, queimar o circuito, o que é realmente uma dor de cabeça. Hoje discutiremos essa questão central detalhadamente.

Que tipo de motor de direção é esse?

Para simplificar e diretamente, a maioriaservos usam motores DC escovados. Esta é a opção mais comum e econômica. Você pode perguntar: por que não existe um motor CA como o ventilador elétrico de casa? Como o mecanismo de direção funciona com energia CC, ele precisa controlar a rotação com precisão. O motor da escova possui uma estrutura simples e só precisa ser conectado à alimentação CC para girar. É especialmente adequado para cenários como tamanho pequeno e alta precisão de controle, comoservoS. Se você desmontar um servo comum, o que provavelmente verá é este pequeno motor cilíndrico com dois terminais.

É claro que, com o avanço da tecnologia, alguns servos de última geração começaram a usar motores DC sem escovas. Esse tipo de motor não tem atrito nas escovas, é mais eficiente, tem vida útil mais longa e é mais resistente. No entanto, requer circuitos de controle mais complexos, por isso geralmente aparece em robôs ou modelos de aeronaves altamente exigentes. Para a maioria de nossas aplicações de nível básico ou médio, os motores com escovas ainda são o carro-chefe absoluto.

Como avaliar se o motor da direção está bom ou não?

Quando você adquire uma caixa de direção e deseja avaliar rapidamente se seu motor está bom ou ruim, a maneira mais direta é observar seus parâmetros: tensão e velocidade sem carga. Se você pensar bem, é como observar o deslocamento e a velocidade máxima de um carro. A tensão determina com quantas baterias ele pode ser alimentado, e a velocidade sem carga informa a rapidez com que gira quando não há carga. Por exemplo, para servos comuns, a velocidade sem carga pode ser em torno de 0,1 segundos/60 graus sob tensão de 6V. Quanto menor o número, mais sensível é a resposta motora.

Outro indicador importante é o torque de estol. Você pode entender o quão potente o motor pode ser quando está preso e não consegue girar. Isso está intimamente relacionado ao tamanho do ímã dentro do motor e ao número de voltas do enrolamento. Na hora de escolher um servo, se você quiser fazer um braço robótico, tem que escolher um com alto torque; se você apenas controlar o gimbal da câmera, a sensibilidade é mais importante do que a força forte. Observando esses parâmetros, você pode basicamente avaliar se este motor é adequado para o seu projeto.

Efeito dos parâmetros do motor no desempenho da caixa de direção

A velocidade do motor determina diretamente a velocidade de resposta da caixa de direção. Você pensa que, se o próprio motor girar lentamente, não importa quão poderoso seja o chip de controle, será difícil para o servo alcançar rapidamente a posição designada. É como um corredor cuja frequência das pernas é lenta e não consegue correr rápido, não importa o quanto treine. Portanto, em cenários que buscam resposta de alta velocidade, como robôs competitivos, deve-se escolher um servo com alta velocidade de motor.

Além disso, a potência do motor afeta a capacidade de carga da caixa de direção. Se a potência do motor for insuficiente e a carga acionada for um pouco mais pesada, o servo irá tremer, aquecer ou até queimar. É como um pequeno cavalo puxando uma carroça grande: algo vai dar errado mais cedo ou mais tarde. Portanto, ao selecionar um modelo, é preciso estimar o peso que o servo irá empurrar, depois deixar uma certa margem e escolher um servo com potência de motor um pouco maior, para que o sistema fique estável e confiável e não deixe cair a corrente em momentos críticos.

Qual escolher entre motores com escova e sem escova?

Falemos primeiro das vantagens dos motores escovados: são baratos e fáceis de controlar. Você pode comprar um servo comum por algumas dezenas de yuans e pode ser acionado por qualquer microcontrolador. Se quebrar, você terá que substituí-lo. Portanto, para a maioria dos projetos DIY, demonstrações de ensino ou verificação de protótipos de produtos, os servos motores escovados são os reis do desempenho de custos. Todos os pequenos robôs de seis pernas que fiz no início usavam servos escovados e funcionavam muito bem.

Vamos falar sobre as vantagens dos motores sem escova: alta precisão, baixo ruído e longa vida útil. Por não apresentar atrito nas escovas e produzir pouca interferência eletromagnética, é adequado para uso em instrumentos de precisão ou equipamentos médicos. Porém, a desvantagem é que é caro e o circuito de controle é complexo, geralmente exigindo um driver especial. Portanto, a menos que seu projeto tenha requisitos extremos de desempenho e longevidade, ou tenha um orçamento suficiente, um prático servo escovado é completamente suficiente.

Como escolher um motor de direção de acordo com os requisitos do projeto

O primeiro passo é calcular a carga. Qual é o peso daquilo que você deseja dirigir? Qual é o raio de viragem? Isso determina diretamente quanto torque você precisa para o servo. Por exemplo, para fazer uma garra mecânica simples, o torque necessário para prender uma bola de tênis de mesa é muito diferente daquele de um bloco de ferro. Você pode fazer uma estimativa aproximada e escolher um servo com torque 20%-30% maior que a demanda, o que é mais seguro.

O segundo passo é observar a fonte de alimentação. O seu projeto é alimentado por bateria ou USB? Qual é a voltagem da bateria? Isto determina que você deve escolher um servo com tensão de trabalho correspondente. Por exemplo, se duas baterias de lítio forem usadas para alimentação e a tensão estiver em torno de 7,4V, então você terá que encontrar um servo que suporte essa faixa de tensão, caso contrário ele irá girar lentamente ou queimar. Ao mesmo tempo, devemos também considerar a corrente, vários servos movendo-se ao mesmo tempo e se a fonte de alimentação pode suportá-la. These must be calculated clearly.

As armadilhas mais comuns para iniciantes na estrada

Tenho visto muitos amigos que inicialmente buscaram alta velocidade e escolheram um servo de rotação muito rápida, apenas para descobrir que ele tremia muito mesmo com a menor carga. Isso ocorreu porque o torque foi ignorado. A velocidade e o torque do motor costumam ser inversamente proporcionais, e aqueles que giram mais rápido geralmente têm menos potência. Você tem que encontrar um equilíbrio entre velocidade e potência, ou ajustá-lo através do conjunto de engrenagens fora do servo, mas o conjunto de engrenagens também tem limites.

Outra armadilha é ignorar a tensão operacional. Algumas pessoas pegam um servo de 5V e o conectam diretamente à fonte de alimentação de 12V, e ele emite fumaça instantaneamente. É como carregar um celular com alta tensão, com certeza será descartado. Certifique-se de verificar a faixa de tensão nominal do servo para garantir que seu sistema de fonte de alimentação possa fornecer essa tensão de maneira estável. Além disso, preste atenção à dissipação de calor durante a instalação. É normal que o motor aqueça ao funcionar por um longo período sob carga pesada, mas o superaquecimento causará desmagnetização e degradação do desempenho, portanto, medidas necessárias de dissipação de calor ainda são necessárias.

Dito isso, na verdade, escolher o motor da caixa de direção é como escolher um coração adequado para o projeto. Depois de compreender os princípios e parâmetros, você terá uma boa ideia. Gostaria de perguntar a você: qual foi o problema de seleção de direção mais problemático que você encontrou nos projetos que realizou? Ou no projeto em que você está trabalhando atualmente, você tem alguma preocupação especial com o torque e a velocidade do servo? Bem-vindo a compartilhar suas experiências e confusões na área de comentários e vamos discuti-las e resolvê-las juntos. Se você achar o conteúdo útil, não esqueça de dar um like e compartilhar com seus amigos que também são makers, para que todos possamos evitar desvios juntos!