1.1. 电机的简介

电机是（shì）一种可以在电能和机械能的之间相互转（zhuǎn）换的设备，其中发电机是（shì）将（jiāng）机械能转（zhuǎn）换为电（diàn）能， 电（diàn）动机（jī）是将（jiāng）电能转（zhuǎn）换为（wéi）机械能（néng）。发电（diàn）机的（de）主要用于（yú）产生电能，用（yòng）途单一（yī）， 但（dàn）是电（diàn）动（dòng）机主（zhǔ）要用（yòng）于（yú）产生机（jī）械能，用（yòng）途（tú）极其广泛。

1.2. 电机的分类

电机种类多种多样，自然分类也是多种多样的，可以按照（zhào）工作电源种类划分、按照（zhào）结构（gòu）和工作原理划分、 按照启动与运行方式划分、按照用途划（huá）分、按照运转速度划分（fèn）等等。可（kě）以说是（shì）分类五（wǔ）花八门（mén），但是（shì）在（zài）实际应（yīng）用中， 工（gōng）程师（shī）会（huì）根据（jù）电（diàn）机的（de）特性来分，例如：对速度要求高的会选择直流电机，对精度（dù）要（yào）求高的会选择步进电机等等； 接下来我们将会从众（zhòng）多类型中的电机中选择几个具有（yǒu）代表性、普遍性的常用电机。

1.2.1. 直流电机

在直流电机中（zhōng）还（hái）分为（wéi）普通（tōng）的直（zhí）流电机、直（zhí）流减（jiǎn）速电机，有（yǒu）刷和（hé）无刷，共分（fèn）为：

直流有刷电（diàn）机

直流有刷减速电机

直流无刷（shuā）电机

直流无刷减速电机（jī）

这四（sì）种电机。 从字面意思上就可以想象的到，普通的直（zhí）流电（diàn）机和直流减（jiǎn）速电机相差的只有“减速”，它们在构造（zào）上相差的是（shì）一个减速（sù）齿（chǐ）轮组。 普通（tōng）的直流电机当（dāng）空载时，电机的（de）转（zhuǎn）速由电压（yā）决定;直流减速电（diàn）机（jī）的转速由齿轮（lún）组和电压决定； 齿轮组的作用是，提供较低的转速（sù），较大的力（lì）矩；同时（shí）不同的减速比会（huì）提供不同的转（zhuǎn）速和力矩。这样就大大提高了减速电机的使用率。

图 1-1 减速电机齿轮箱(图片来（lái）自网（wǎng）络)

接下来（lái）就是有刷与无刷的（de）区别：有刷（shuā）和无刷的字面意思（sī）是有无碳刷；有刷电机电机（jī）工作时需要线（xiàn）圈和换向器旋转， 磁钢和碳刷不转（zhuǎn），线圈电流方向的交（jiāo）替变（biàn）化（huà）是随电（diàn）机转动的（de）换相器和电（diàn）刷来完成的。 无刷直流电动机（jī）是（shì）采用半导（dǎo）体开关（guān）器件来实现（xiàn）电子换向的，使用电子开关（guān）器（qì）件代替传统的接触式换向器和电刷。

图 1-2 左侧为有刷电（diàn）机、右（yòu）侧为无刷电机(图片来自网络)

1.2.2. 步进电机

步进电机是一种可（kě）以将脉（mò）冲信（xìn）号转换为角位移或（huò）线位（wèi）移的（de）开环控制电机，在空（kōng）载低频（pín）的情况下，一（yī）个脉（mò）冲就是一步（bù）， 可以精（jīng）准的控制旋转角度;步进电机按照构（gòu）造方式分类，分为三类（lèi）分别是反（fǎn）应式、永（yǒng）磁（cí）式和混合式。

按照定子上绕组可分为二相、三相和（hé）五相（xiàng）等系列（liè），但是（shì）最受欢迎的（de）是两相混合式步进（jìn）电机，约占97%上的（de）市（shì）场份额， 基本上是占据了整（zhěng）个市场；所以后面（miàn）也会（huì）主要（yào）针对两相混合式步进电机进行讲解。你一定听过42步进电机， 那（nà）么“42”指（zhǐ）的是什么呢（ne）？下面这张图会告诉你“42”到底是什么意思。

图 1-3 42步（bù）进电机尺寸图

42步进电机是指（zhǐ）步（bù）进的尺寸，混合式步（bù）进电机一（yī）般都是正方形，外框尺寸为42mm*42mm； 除（chú）42之外还有（yǒu）57步进（jìn）电机，86步进（jìn）电机，也都是因外框尺寸而得名（míng）的。

1.2.3. 伺服电机

什么（me）叫伺服电机？伺（sì）服电机长什（shí）么（me）样子？“伺服”一词是来源于希（xī）腊语“奴隶”的（de）意（yì）思， 那（nà）么伺服电机也可以理解为绝对（duì）服从控制信号指挥电机（jī），所以伺服电机（jī）是指（zhǐ）在伺服系统（tǒng）中被控制的电机。 如（rú）果单指一个（gè）电机（jī）的话，那只能算一个（gè）被控的机械元件（jiàn），但是加上闭环控制系统（tǒng）就可以称之为（wéi）伺服系（xì）统中的电机。

伺服电（diàn）机分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当（dāng）信（xìn）号电压为零时无自转现象，转（zhuǎn）速随着转矩的增（zēng）加（jiā）而匀速下降。

直流伺服电机特性

机械特性 在输（shū）入的电枢（shū）电压保持不（bú）变时，电（diàn）机的转速随电磁（cí）转矩变化而变化的（de）规律（lǜ）

调节特性 直流（liú）电机在一定（dìng）的（de）电（diàn）磁转矩（或负载转矩）下电机的稳态转速随电枢的（de）控（kòng）制电压变化而变化

动态特性 从原来的稳定状态到新（xīn）的（de）稳（wěn）定状（zhuàng）态（tài），存在一个（gè）过渡（dù）过程，这就是直流电机的动态特（tè）性（xìng）

交流伺服（fú）电机特性

无（wú）电（diàn）刷和换向器，因此（cǐ）工作可（kě）靠，对维护（hù）和保养要求低

定（dìng）子（zǐ）绕组散热比较方便

惯量（liàng）小，易于提高系统的（de）快速（sù）性

适应于高速大力矩工（gōng）作状态

1.2.4. 舵机

舵机是一种常见的伺服电机，由小型直流电机、控制电路板、电位计和齿轮组构成，舵（duò）机的用途（tú）广泛； 舵机可按照信号类型划分（fèn）、按照齿轮（lún）划分、按（àn）照用途划（huá）分；舵机分90°、180°、270°和360°舵机，其中180°的舵机（jī）最为常见。

按照信号类型划（huá）分为 模拟信号舵机和数（shù）字信号舵机

模拟舵机：无MCU微控制器，电路为（wéi）模（mó）拟电（diàn）路，同样的舵机之间会有（yǒu）性能差（chà）异

数字舵机：有MCU控制器，一般内部采用算法优化（huà），性（xìng）能比（bǐ）模拟舵机好

按照齿（chǐ）轮划分为 金属齿轮舵（duò）机（jī）和塑料齿轮舵机

金属齿轮舵机（jī）：适用于大扭力（lì）和高速场合

塑料（liào）齿（chǐ）轮舵机（jī）：成本低适用（yòng）于中（zhōng）低扭矩场合