[开源造车]51单片机两轮自平衡小车之电机选型简单估算
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电机是整个两轮自平衡小车系统里面很重要的部分,当然,两个电机也构成了整个小车最重的部分。要根据系统制作要求来选择合适的电机。
电机的选型,是小车的稳定性能的致命一环。电机选得好,可以轻易让小车直立行走;电机选得不合适,白白浪费时间精力也硬不起来。
平衡车,本质上是在用堵转扭矩平衡负载重力分量产生的扭矩,充要条件是电机扭矩要能抵抗负载扭矩,电机扭矩要大,所以选择功率大些力矩电机就行了。
简单地说,
1、功率要大;
2、减速比可以大一点,用较大的轮子;
3、系统重心尽量靠下,抗扰性更强。
大家都应该知道,一定范围内,直流电机的转速与电压成正比,电流主要取决于负载。 电机电流与扭矩的关系在电流小于额定电流时,电流与扭矩成正比,当电流超过额定电流使铁芯磁饱和时,电流增加,扭矩就不增加了。
所以,我们要关注两个电机参数:电流/扭矩常数、电压/转速常数
不带编码器的直流有刷电机很多,种类繁杂,但是因为平衡车要进行控速的话还需要有编码器,为了减免不必要的工作量,并保证质量,我们应尽量选取带有编码器的直流有刷电机。
市面上常见的三款编码器直流减速电机:
GA25减速电机(带334光电编码器,含保护罩)
GB37减速电机(带448光电编码器,不含保护罩)
GB37减速电机(16CPR霍尔效应编码器,不受粉尘等影响)
先说说上面两款GB37,虽然448光电编码器精度非常高,但是这款电机有个致命弊端-没有保护罩。没有保护罩,这款电机就是个纸老虎,448线的光栅非常的密集,很容易受环境影响,你拿到灰尘大的马路边溜一圈,光栅就有可能受影响了,这会导致小车分分钟来大姨妈无法站立。所以,淘汰不带保护罩且使用光电编码器的GB37电机。而且我们并不需要刻意追求过高的精度,16CPR霍尔效应编码器的精度已经够我们的DIY制作要求了,下面会说到一个简单的估算方法。
电机尾部加装双通道霍尔效应编码器,AB双路输出,单路每圈脉冲16CPR,双路上下沿共输出64CPR 减速比为30,轮子转一圈,那么编码器转30圈,编码器时16CPR,则3016=480脉冲,轮子周长为65pi=204mm,则精度为204/480=0.425mm。如果把每一路脉冲的上沿和下沿都利用起来,相当于四倍频16×4=64,此时精度为204/64/30=0.10625mm。这精度已经够用了,可以做到小车原地直立。
剩下 带保护罩的GA25电机 和 使用霍尔效应编码器的GB37电机 才是我们要作比较的。
GA25电机参数:
额定电压:12V
转速:215RPM
空载力矩:1kg.cm
堵转力矩:3kg.cm
空载电流:80mA
堵转电流:1.1A
编码器:334CPR光电编码器(AB相正交输出)
GB37-MW3530电机参数:
GB37电机参数(带16CPR霍尔效应编码器)
额定电压:12V
转速:366RPM
空载力矩:
堵转力矩:13kg.cm
空载电流:250mA
堵转电流:6.5A
编码器:16CPR霍尔效应编码器(AB相正交输出)
综上比较两款电机的性能:
转速:GB37>25GA
力矩:GB37>25GA
编码器精度:GB37<25GA
最终,我们选取了GB37(带16CPR霍尔效应编码器)。
本次选型PK中此电机胜。
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