1.1. 电机的简（jiǎn）介

电机是一（yī）种可以（yǐ）在电（diàn）能和机（jī）械能的（de）之间相互转换的设备，其中发电机（jī）是（shì）将机械能转换为电能， 电动机是将电能转换为机械能（néng）。发电机的主要用于（yú）产生电（diàn）能，用途（tú）单一（yī）， 但是电动机主要用于产生（shēng）机械能（néng），用途极其广泛。

1.2. 电机的（de）分（fèn）类

电机种类多种多样，自然分类也是多种多样的，可以按照工作电源种（zhǒng）类划分、按照（zhào）结构和（hé）工作原理划分、 按照启动与运行方式划分、按照用途划分、按（àn）照运转（zhuǎn）速度划分等等。可以（yǐ）说是分类五（wǔ）花八门，但是在实际应用中， 工程师会根据电机的特性来分，例如：对速（sù）度（dù）要求高的会选择直流电（diàn）机，对精（jīng）度要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（jī）中（zhōng）选择几个具有代表性、普遍性的常用电（diàn）机。

1.2.1. 直流电机（jī）

在直（zhí）流电机中还分为普通的（de）直流电机、直（zhí）流减速电机，有（yǒu）刷和无刷（shuā），共（gòng）分（fèn）为（wéi）：

直流有刷电机

直（zhí）流（liú）有（yǒu）刷减速电机

直流无刷电机

直流无刷减（jiǎn）速（sù）电机（jī）

这（zhè）四种电机（jī）。 从字面意思上就可以（yǐ）想象的到，普通的（de）直流电机和直流减速电机相（xiàng）差的只（zhī）有“减速”，它们在构造（zào）上相（xiàng）差（chà）的是一个（gè）减速齿轮组。 普通的直流电机当（dāng）空载时，电机的转速（sù）由（yóu）电（diàn）压（yā）决定;直（zhí）流减速电机的转速由齿（chǐ）轮组（zǔ）和电压决定（dìng）； 齿轮组的作用（yòng）是，提供（gòng）较低的转速，较大的力矩（jǔ）；同时不同的减速比会提（tí）供不同的转速和（hé）力矩（jǔ）。这样就大大提高了减速（sù）电机的使用率（lǜ）。

图（tú） 1-1 减速（sù）电（diàn）机齿（chǐ）轮箱(图片来（lái）自（zì）网（wǎng）络)

接下（xià）来（lái）就（jiù）是有刷与无刷的区别：有刷和无刷的字面意（yì）思是（shì）有（yǒu）无碳刷；有刷电机电机（jī）工作时需要线圈（quān）和（hé）换向器（qì）旋转， 磁钢和碳刷（shuā）不转，线圈电（diàn）流方向（xiàng）的交替（tì）变化（huà）是随（suí）电机转（zhuǎn）动的换相器和电刷来完成的。 无（wú）刷直流电动机是采用半（bàn）导体开（kāi）关器件来实现电子换向的，使（shǐ）用电（diàn）子开关器件代替传统的接触式换向器和电刷。

图 1-2 左侧（cè）为有（yǒu）刷电机、右侧为无刷电机(图（tú）片（piàn）来自网络)

1.2.2. 步进电机

步进电机是一种（zhǒng）可以将脉冲（chōng）信（xìn）号（hào）转换为角位移或线位移的开环控（kòng）制（zhì）电机，在（zài）空载（zǎi）低频的情况下（xià），一（yī）个脉冲就（jiù）是一步， 可以精准的控制旋转角度;步进电机按照构造方式分类，分为三（sān）类分别（bié）是反应（yīng）式、永磁式和混合式（shì）。

按照（zhào）定子上（shàng）绕组可分为二相、三相（xiàng）和五（wǔ）相（xiàng）等系列，但是最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%上的市（shì）场份（fèn）额， 基本上（shàng）是占据（jù）了整个市场；所以后（hòu）面也会主要（yào）针（zhēn）对两相混合式（shì）步进（jìn）电机（jī）进（jìn）行讲（jiǎng）解。你（nǐ）一定听过（guò）42步进电（diàn）机， 那么“42”指的（de）是（shì）什么呢？下面这张图会告诉你“42”到底是（shì）什么意思。

图 1-3 42步进电（diàn）机尺寸图

42步（bù）进电机是指步进的尺寸（cùn），混合式步进电机一般都是正方形，外框尺寸为42mm*42mm； 除42之外还有（yǒu）57步进电（diàn）机，86步（bù）进（jìn）电（diàn）机，也都是因外框尺寸而得（dé）名的。

1.2.3. 伺（sì）服电机

什么（me）叫（jiào）伺服电（diàn）机？伺服电机长什么样子（zǐ）？“伺服”一词是来（lái）源于（yú）希腊语“奴隶”的意思， 那么伺服电机（jī）也可以理解为绝对服从控（kòng）制信号指挥电机，所以伺（sì）服电（diàn）机是指在伺服系（xì）统（tǒng）中被控制（zhì）的电机（jī）。 如果单指一（yī）个（gè）电机的话，那只（zhī）能算一个被（bèi）控的机械元件，但（dàn）是（shì）加上闭环控制系统就可以称之为伺服系统（tǒng）中的（de）电机（jī）。

伺服电机分（fèn）为直流和交流伺服（fú）电动机两大类（lèi），其主要（yào）特点是，当信（xìn）号电压为零时无自（zì）转现象（xiàng），转速（sù）随着转矩的增加而匀（yún）速下降。

直流伺服电机特性

机械特性 在输入的电枢电压保持不（bú）变时，电（diàn）机的转速随电磁转矩变化而变化的规律

调节特性 直流电机在一（yī）定的电磁转（zhuǎn）矩（jǔ）（或负载（zǎi）转矩）下电机（jī）的稳态转速随电枢的（de）控制电压变化而变化（huà）

动态（tài）特（tè）性 从（cóng）原来（lái）的稳定状（zhuàng）态到新的稳（wěn）定状（zhuàng）态，存在一个过渡过程，这就是（shì）直流电机的动态特性

交流伺服（fú）电机特性

无电（diàn）刷和换向器，因此工作可（kě）靠，对维护和保养要求低（dī）

定子（zǐ）绕组（zǔ）散热比较（jiào）方便

惯量小，易于（yú）提高系统的快速性

适应于高速（sù）大力矩工作状态

1.2.4. 舵机（jī）

舵机是一种常见的伺服（fú）电（diàn）机，由小型（xíng）直流电（diàn）机、控制电路（lù）板、电位计和齿轮组构成（chéng），舵（duò）机（jī）的用途广泛； 舵机可按照信号类型（xíng）划分、按照齿轮划分（fèn）、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（xìn）号（hào）类型划（huá）分为 模拟信号舵（duò）机和数字信号舵机

模拟（nǐ）舵机（jī）：无MCU微控制器，电（diàn）路为模拟电路，同样的舵（duò）机之间会（huì）有性能（néng）差异

数（shù）字舵机：有MCU控制器，一般内部采用算法优化（huà），性能比模拟舵机好

按照齿轮划分为 金（jīn）属齿轮舵机（jī）和塑料齿轮舵机

金属齿轮舵（duò）机：适用于大扭力和（hé）高速场合

塑料齿（chǐ）轮舵机：成本（běn）低适用于中低扭矩场合