创客指南 玩转电动机PDF电子书下载

第一部分 概述 3

1 电动机入门 3

1.1 历史简介 4

1.1.1 奥斯特的罗盘指针 4

1.1.2 耶德利克的自转转子 4

1.2 剖析电动机 5

1.2.1 外部构造 5

1.2.2 内部构造 6

1.3 电动机概述 7

1.3.1 直流电动机 8

1.3.2 交流电动机 8

1.4 目标和结构 9

1.5 小结 9

2 基本概念 11

2.1 转矩和角速度 11

2.1.1 力 12

2.1.2 转矩 12

2.1.3 角速度 14

2.1.4 转矩转速曲线 15

2.2 磁铁 15

2.3 等效电路 18

2.3.1 电损耗 18

2.3.2 反向电动势 19

2.4 功率和效率 20

2.4.1 功 20

2.4.2 旋转功率 20

2.4.3 电功率 21

2.4.4 效率 21

2.5 小结 22

第二部分 探索电动机 25

3 直流电动机 27

3.1 直流电动机基础 27

3.1.1 转矩、电流和KT 28

3.1.2 转速、电压和KV 29

3.1.3 KT和KV的权衡 30

3.1.4 开关电路 31

3.1.5 脉冲宽度调制（PWM，Pulse Width Modulation） 33

3.2 有刷电动机 34

3.2.1 机械换向 35

3.2.2 有刷电动机的种类 36

3.2.3 优点和缺点 38

3.2.4 控制电路 38

3.3 无刷电动机 41

3.3.1 无刷直流电动机的构造 41

3.3.2 内转子和外转子电动机 43

3.3.3 无刷直流电动机的控制 45

3.4 电子调速器 48

3.4.1 免电池电路 50

3.4.2 可编程性 50

3.5 电池 51

3.6 小结 52

4 步进电动机 53

4.1 永磁式（PM）步进电动机 54

4.1.1 结构 54

4.1.2 运行 56

4.2 反应式（VR）步进电动机 57

4.2.1 结构 58

4.2.2 运行 58

4.3 混合式（HY）步进电动机 60

4.3.1 结构 60

4.3.2 运行 62

4.4 步进电动机控制 62

4.4.1 双极步进电动机控制 62

4.4.2 单极步进电动机控制 64

4.4.3 驱动模式 66

4.5 小结 70

5 伺服电动机 73

5.1 业余爱好者伺服 74

5.1.1 脉冲宽度调制（PWM）控制 75

5.1.2 模拟和数字伺服 76

5.1.3 旋转编码器 77

5.2 伺服控制概述 78

5.2.1 开环和闭环系统 79

5.2.2 伺服电动机建模 80

5.2.3 拉普拉斯变换 81

5.2.4 框图和传递函数 83

5.2.5 伺服电动机的传递函数 84

5.3 PID控制 85

5.4 小结 87

6 交流电动机 89

6.1 交流电源（AC） 89

6.1.1 单相电源 90

6.1.2 三相电源 90

6.2 多相电动机概述 91

6.2.1 定子 91

6.2.2 旋转磁场 92

6.2.3 同步速度 94

6.2.4 功率因数 94

6.3 异步多相电动机 96

6.3.1 电磁感应 96

6.3.2 电流和转矩 97

6.3.3 鼠笼式转子 98

6.3.4 绕线转子 98

6.4 多相同步电动机 101

6.4.1 双励磁同步电动机 101

6.4.2 永磁式同步电动机 102

6.4.3 磁阻式同步电动机 102

6.5 单相电动机 103

6.5.1 分相电动机 104

6.5.2 电容启动电动机 104

6.5.3 罩极电动机 105

6.6 交流电动机控制 106

6.6.1 涡流驱动器 106

6.6.2 变频驱动器 107

6.6.3 VFD谐波失真 108

6.7 通用电动机 109

6.8 小结 110

7 齿轮和减速电动机 113

7.1 齿轮概述 113

7.1.1 功率传输 114

7.1.2 齿距 115

7.1.3 侧隙 117

7.2 齿轮类型 117

7.2.1 正齿轮 117

7.2.2 斜齿轮 118

7.2.3 锥齿轮 120

7.2.4 齿条和小齿轮（pinion） 121

7.2.5 涡轮 121

7.2.6 行星齿轮系 122

7.3 减速电动机 123

7.4 小结 124

8 直线电动机 127

8.1 线性执行器 128

8.1.1 运行和结构 129

8.1.2 线性执行器的例子 130

8.1.3 线圈炮 131

8.2 直线同步电动机 131

8.2.1 结构 131

8.2.2 案例研究：安川的SGLG 135

8.2.3 案例研究：磁悬浮列车系统 136

8.3 直线感应电动机 137

8.3.1 结构和运行 137

8.3.2 LINIMO列车线路（东部丘陵线） 138

8.4 单极电动机 140

8.4.1 结构和运行 140

8.4.2 轨道炮 141

8.5 小结 143

第三部分 电动机实战 145

9 使用Arduino Mega控制电动机 147

9.1 ArduinoMega简介 148

9.1.1 ArduinoMega电路板 148

9.1.2 微控制器和ATmega2560 149

9.2 ArduinoMega编程 151

9.2.1 准备Arduino环境 152

9.2.2 使用环境 154

9.2.3 Arduino编程 155

9.3 Arduino电动机接口板 160

9.3.1 电压 161

9.3.2 L298P双H桥连接 162

9.3.3 控制有刷电动机 163

9.4 步进电动机控制 164

9.4.1 Stepper库 165

9.4.2 控制步进电动机 167

9.5 伺服电动机控制 169

9.5.1 Servo库 169

9.5.2 控制伺服电动机 170

9.6 小结 172

10 使用树莓派控制电动机 173

10.1 树莓派 174

10.1.1 树莓派电路板 174

10.1.2 BCM2835片上系统 175

10.2 在树莓派上编程 176

10.2.1 Raspbian操作系统 177

10.2.2 Python和IDLE 178

10.2.3 GPIO接口 179

10.3 控制伺服电动机 184

10.3.1 配置PWM 184

10.3.2 控制伺服电动机 187

10.4 RaspiRobot主板 189

10.4.1 L293DD四通道半H电动机驱动器 190

10.4.2 RaspiRobot的Python代码 191

10.4.3 控制有刷直流电动机 192

10.4.4 控制步进电动机 193

10.5 小结 195

11 使用BeagleBone Black控制电动机 197

11.1 BeagleBone Black 198

11.1.1 BBB电路板 198

11.1.2 AM3359片上系统 199

11.2 BBB编程 200

11.2.1 Debian操作系统 201

11.2.2 Adafruit-BBIO模块 202

11.2.3 访问GPIO引脚 203

11.3 生成PWM信号 207

11.4 双电动机控制器扩展板 210

11.4.1 BBB-DMCC通信 211

11.4.2 PWM信号发生器 212

11.4.3 开关电路 212

11.4.4 电动机控制 213

11.5 小结 215

12 设计一个基于Arduino的电子调速器 217

12.1 电子调速器设计概述 217

12.2 开关电路 220

12.2.1 MOSFET管 221

12.2.2 MOSFET管驱动器 223

12.2.3 自举电容 225

12.3 过零检测 226

12.3.1 第一步：3个绕组相对于UP的电压 228

12.3.2 第二步：两个通电绕组相对于UO的电压 229

12.3.3 第三步：悬空绕组相对于UO的电压和悬空反向电动势 229

12.3.4 第四步：合并结果计算悬空反向电动势 230

12.4 设计原理图 230

12.4.1 排母连接器 231

12.4.2 MOSFET管和MOSFET管驱动器 232

12.4.3 过零检测 233

12.5 电路板布局 234

12.6 控制BLCD 235

12.6.1 一般BLDC控制 235

12.6.2 通过Arduino接口BLDC 237

12.7 小结 241

13 设计一架四轴飞行器 243

13.1 框架 244

13.2 螺旋桨 245

13.2.1 螺旋桨动力学 245

13.2.2 选择螺旋桨 248

13.3 电动机 250

13.4 电气性能 251

13.4.1 发射机／接收机 252

13.4.2 飞行控制器 255

13.4.3 电子调速器（ESC） 257

13.4.4 电池 258

13.5 结构 260

13.6 小结 261

14 电动汽车 263

14.1 电动汽车转换 263

14.1.1 电动机 264

14.1.2 控制器 266

14.1.3 电池 266

14.1.4 变速器 267

14.2 现代的电动汽车 267

14.2.1 特斯拉汽车公司的ModelS 268

14.2.2 日产聆风（Leaf） 269

14.2.3 宝马i3 271

14.3 源自特斯拉汽车公司的专利 272

14.3.1 可变控制电动机管理 272

14.3.2 感应电动机冲片设计 273

14.3.3 双电动机驱动和控制系统 275

14.3.4 高效制造转子的方法 277

14.4 小结 277

第四部分 附录 279

附录A 发电机 281

A.1 概述 281

A.2 直流发电机 282

A.3 交流发电机 284

A.3.1 交流发电机的运行 284

A.3.2 磁力发电机和自激发电机 285

A.4 小结 287

附录B 术语表 289