1.1. 电机的简介

电机是一种可以在电（diàn）能和机（jī）械能的（de）之间相互转换的设备，其中发（fā）电机是将机械能转换为（wéi）电能， 电动机是将电能（néng）转换（huàn）为（wéi）机械（xiè）能。发电机的主要用于产生电能，用（yòng）途单（dān）一， 但是电动机主要（yào）用于产（chǎn）生机械能（néng），用途极其广泛。

1.2. 电（diàn）机的分类

电机（jī）种类多种多样，自然分类也是多种多样的，可以（yǐ）按照工作电（diàn）源（yuán）种类划分、按照结构和工作原理（lǐ）划分（fèn）、 按照启动与运行方式（shì）划分、按（àn）照（zhào）用（yòng）途划分（fèn）、按照运（yùn）转（zhuǎn）速度划分等等。可以（yǐ）说是分类五花八门，但是在实（shí）际应用中（zhōng）， 工（gōng）程师会根（gēn）据电机的特性（xìng）来（lái）分，例（lì）如（rú）：对速（sù）度要（yào）求高的（de）会选择（zé）直流电（diàn）机，对精度（dù）要求高的会选择步进电机（jī）等（děng）等（děng）； 接下来我们将会从（cóng）众多（duō）类型中（zhōng）的电（diàn）机中选（xuǎn）择几个具有（yǒu）代表性、普遍性的常用电（diàn）机。

1.2.1. 直流（liú）电机

在直（zhí）流电机中还分（fèn）为普（pǔ）通的直流电机（jī）、直流（liú）减速电机，有（yǒu）刷和无刷，共分为：

直流有（yǒu）刷（shuā）电机

直流（liú）有刷（shuā）减速（sù）电机

直流（liú）无刷电机

直流无刷减速电机

这四种电（diàn）机（jī）。 从字（zì）面意思上就可以想象的（de）到，普通的（de）直流电机（jī）和（hé）直（zhí）流减速电机相差的（de）只有（yǒu）“减速”，它们在构造上（shàng）相差的是一个减速（sù）齿轮组。 普通的（de）直（zhí）流电机当空载时，电机的转速由电压决定;直流（liú）减速电（diàn）机的（de）转速由齿轮（lún）组（zǔ）和电压决定； 齿（chǐ）轮组的作（zuò）用是（shì），提供较低的转速，较大（dà）的力矩；同时不同（tóng）的（de）减速（sù）比会提供（gòng）不同的转速和力矩。这样就大（dà）大（dà）提（tí）高了减速电机的使用（yòng）率。

图（tú） 1-1 减速电（diàn）机齿轮箱(图片来自网（wǎng）络)

接下（xià）来（lái）就是有（yǒu）刷与无刷的区别：有刷（shuā）和无刷的字面意思是有无碳刷；有刷电（diàn）机电机工作（zuò）时（shí）需要线圈和换（huàn）向器旋转， 磁（cí）钢和（hé）碳（tàn）刷不（bú）转，线圈电流方向的（de）交替变（biàn）化是（shì）随电机转动（dòng）的换（huàn）相器和电刷来完成的（de）。 无刷直流电动机是采用半导体开关器（qì）件（jiàn）来实现电子换向（xiàng）的，使用电子开（kāi）关（guān）器件代替传（chuán）统的接触式换向器和电（diàn）刷。

图（tú） 1-2 左侧为有刷电机、右侧（cè）为（wéi）无（wú）刷电机(图片来自网络)

1.2.2. 步进电机

步进（jìn）电机是一种可以将脉（mò）冲信号转换为角位移或线（xiàn）位移的开环控制电机，在空（kōng）载低频的情（qíng）况（kuàng）下，一个脉冲就是一步， 可以精（jīng）准的控制旋转（zhuǎn）角度;步进（jìn）电机（jī）按（àn）照（zhào）构造方（fāng）式分（fèn）类，分（fèn）为三类分别是反应式（shì）、永磁式（shì）和混合式（shì）。

按照定（dìng）子（zǐ）上绕组可分（fèn）为（wéi）二（èr）相、三相和五相等系列，但（dàn）是最受（shòu）欢迎的是两相混合式步进电（diàn）机，约占97%上的市场份额， 基本（běn）上是占据了整个市场；所以（yǐ）后面也会主要针（zhēn）对（duì）两相（xiàng）混合式步进电机进（jìn）行讲解。你一定听（tīng）过42步进电机， 那么“42”指的是什（shí）么呢？下面这张图会告（gào）诉你（nǐ）“42”到底是什（shí）么意思。

图 1-3 42步进电机尺寸图

42步进电机（jī）是指步进的尺寸（cùn），混合式步进电机（jī）一般（bān）都是正方形，外框尺寸为42mm*42mm； 除42之外（wài）还有57步进电机，86步进电机（jī），也都是因外框尺寸（cùn）而得名（míng）的（de）。

1.2.3. 伺服电机

什么叫伺服电机？伺服电（diàn）机长什么样（yàng）子（zǐ）？“伺服”一词是来源于希腊语“奴隶（lì）”的意思， 那么伺服（fú）电机（jī）也可以理解为（wéi）绝对（duì）服从控（kòng）制信号指挥（huī）电机，所以（yǐ）伺服电（diàn）机（jī）是指在伺服系统中（zhōng）被控制（zhì）的电机（jī）。 如（rú）果单指一个电机（jī）的话，那只能算一个被控的机械元件，但是加上闭环控制（zhì）系统（tǒng）就可以称（chēng）之为伺服系（xì）统中的电机。

伺服（fú）电机分为（wéi）直流和交流伺服电动机两大类，其主要（yào）特点（diǎn）是，当信号（hào）电压为零时无自（zì）转现象，转速随着转矩的增加而匀速下（xià）降。

直流伺服（fú）电机特性

机械（xiè）特（tè）性（xìng） 在输入的电枢电压保（bǎo）持不变时，电机的转（zhuǎn）速随电磁转矩变（biàn）化（huà）而变化的规（guī）律

调节特性 直（zhí）流电机在一定的电磁（cí）转矩（或负载（zǎi）转矩（jǔ））下电机的稳态转速随电枢的控制电压变化（huà）而变化（huà）

动态特性 从原来的稳定（dìng）状态到新（xīn）的稳定状（zhuàng）态，存在一（yī）个过渡过程，这就是直流（liú）电（diàn）机（jī）的动态特性

交流（liú）伺服电机特性

无电刷和换向（xiàng）器，因此工作可靠（kào），对维护和（hé）保养要求低

定子绕（rào）组散热比较方便

惯量（liàng）小（xiǎo），易于提高系统的快速性（xìng）

适应（yīng）于（yú）高速大力矩（jǔ）工作（zuò）状态

1.2.4. 舵机

舵机是一种（zhǒng）常见的伺服电机，由（yóu）小型直流电机、控制电路板、电（diàn）位计和齿（chǐ）轮组构成，舵机（jī）的用途广泛； 舵机可按照信号类型划（huá）分、按（àn）照（zhào）齿轮划分、按（àn）照用（yòng）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。

按照信号类型划分为 模拟信号舵机（jī）和数字信号舵（duò）机

模拟舵（duò）机（jī）：无MCU微（wēi）控（kòng）制器（qì），电路为模拟（nǐ）电路（lù），同（tóng）样的（de）舵机之间会有性能差异（yì）

数字舵机：有MCU控（kòng）制器，一般内部采用算法优化，性能（néng）比模拟舵机好

按照齿（chǐ）轮划分为（wéi） 金属齿轮舵机和塑料（liào）齿轮舵（duò）机

金属齿（chǐ）轮舵机：适用于（yú）大扭力和高速场合（hé）

塑料齿轮舵（duò）机：成（chéng）本低适用（yòng）于中低扭矩场合