1.1. 电机的简（jiǎn）介

电机是一种可以在（zài）电能和机械能的之间相互转换的（de）设备（bèi），其中发电（diàn）机（jī）是将机械能转换为电能（néng）， 电动机是将电（diàn）能转换为（wéi）机械能（néng）。发电机的主要用于产生电（diàn）能，用途单（dān）一， 但是电动机主要用于（yú）产（chǎn）生机械能（néng），用途极其广泛。

1.2. 电机（jī）的分类

电（diàn）机种类多种多样，自然分类也（yě）是多种多样的（de），可以按照（zhào）工（gōng）作电源（yuán）种类（lèi）划分、按（àn）照结构和工作原理划分、 按照启动与运（yùn）行方式（shì）划分、按（àn）照用途划分、按照运转速（sù）度划分（fèn）等等（děng）。可以说是分类五花八（bā）门，但（dàn）是在实际应（yīng）用中， 工（gōng）程师会根（gēn）据电（diàn）机的特性来（lái）分（fèn），例（lì）如：对速（sù）度要求高的会选择直流（liú）电（diàn）机，对精（jīng）度（dù）要求高的会选择步（bù）进电机等等； 接下来我们将会从众多类型中的（de）电机中选（xuǎn）择几个具（jù）有代表性、普遍性的常用电机。

1.2.1. 直（zhí）流电机

在直流电机中还分为（wéi）普通的直流（liú）电（diàn）机、直流减速电机，有刷（shuā）和无刷（shuā），共分为：

直流有刷电机

直流有（yǒu）刷减速（sù）电机

直流无刷电机（jī）

直流无（wú）刷（shuā）减速（sù）电机

这四种电机。 从字面意思上（shàng）就（jiù）可以（yǐ）想象的到，普通（tōng）的直（zhí）流电机和（hé）直流减速电机相差的只有（yǒu）“减速”，它们在构造上相差（chà）的是一个减速齿轮组。 普通的直流电机（jī）当空载时（shí），电机的转速由（yóu）电压（yā）决（jué）定;直流减速电（diàn）机的转（zhuǎn）速由齿轮组和电压决定； 齿（chǐ）轮组的作用是，提供较低的转（zhuǎn）速，较大的力矩；同（tóng）时不（bú）同的（de）减速比会提供（gòng）不同的（de）转（zhuǎn）速（sù）和力矩。这样就大大提高了减速电机（jī）的使用率。

图 1-1 减速（sù）电机齿轮箱（xiāng）(图片来自网络)

接下来就是有刷与无刷（shuā）的区别：有刷和无刷的字面（miàn）意思是有无碳刷；有（yǒu）刷电机电（diàn）机工（gōng）作时需要（yào）线圈和换向器（qì）旋转， 磁钢和碳刷不转（zhuǎn），线圈电（diàn）流方向的交替（tì）变（biàn）化是随电机转动的换相器和电（diàn）刷（shuā）来完成的（de）。 无刷直流（liú）电动（dòng）机是（shì）采（cǎi）用（yòng）半导体（tǐ）开（kāi）关器（qì）件来实现（xiàn）电子换向的，使用电子开关器件代替（tì）传统的接触式换向器和（hé）电刷。

图 1-2 左侧为有刷电机（jī）、右侧（cè）为无刷电机（jī）(图（tú）片来自网络)

1.2.2. 步进电机

步进电机是一种（zhǒng）可以将脉冲信号转换为（wéi）角位移或线位（wèi）移（yí）的开环（huán）控制（zhì）电机，在（zài）空载低频的情况下，一个脉冲就是（shì）一步， 可（kě）以精准的控制旋转角度;步进电机按照（zhào）构造方式分类，分为三类分（fèn）别是反（fǎn）应式、永磁式（shì）和混（hún）合式。

按照定子上绕组可分为二相、三相和五（wǔ）相等系列，但是最受欢迎（yíng）的是两相混合式步进电机，约占97%上的市场份额（é）， 基本上（shàng）是占（zhàn）据（jù）了整个市场；所以后面也会主要针（zhēn）对两相混（hún）合式（shì）步进电机进行（háng）讲解。你一定（dìng）听（tīng）过42步进电（diàn）机， 那么“42”指（zhǐ）的是什么呢？下面（miàn）这张图（tú）会告诉（sù）你“42”到底是什么意思（sī）。

图 1-3 42步进（jìn）电（diàn）机尺寸图

42步（bù）进电机（jī）是指（zhǐ）步进（jìn）的尺寸，混合式步进电机一般（bān）都是正方形，外（wài）框尺寸为42mm*42mm； 除42之外还有（yǒu）57步进电机，86步进电机，也都是因外（wài）框尺寸（cùn）而得名的。

1.2.3. 伺服电（diàn）机

什（shí）么（me）叫伺服（fú）电机？伺服电机长什么样子？“伺服”一（yī）词是来源于希腊语“奴隶”的意思， 那么伺（sì）服电机也可以理解为绝对服从控制（zhì）信（xìn）号指挥电机，所以伺（sì）服电（diàn）机是指在伺服系统（tǒng）中被控（kòng）制的电机（jī）。 如果（guǒ）单指一个（gè）电（diàn）机的话，那只能（néng）算一（yī）个被控的机械元（yuán）件，但（dàn）是加上闭环控制系统就可以称之（zhī）为（wéi）伺服系统中的电机。

伺（sì）服电机分为（wéi）直（zhí）流和交流伺服电动机两大类，其主（zhǔ）要特点是，当信号电（diàn）压为零时无自转现象，转速（sù）随着转矩的增加（jiā）而匀速下降。

直流（liú）伺服（fú）电机特性（xìng）

机械特性 在输（shū）入的电枢电（diàn）压保（bǎo）持不变（biàn）时，电机的转（zhuǎn）速随电磁转矩变化而变化（huà）的规律

调节特性 直（zhí）流电机在一（yī）定（dìng）的电（diàn）磁转矩（或（huò）负载转矩）下（xià）电机的（de）稳态转（zhuǎn）速随电枢的控制电压变化而变化（huà）

动（dòng）态（tài）特（tè）性 从原来的稳定状态到新的稳定状态，存（cún）在一个过渡过程，这就是直（zhí）流电机的动态特性

交流伺服电机特性（xìng）

无电刷和换向器，因此工作可靠，对（duì）维护和保养要（yào）求低（dī）

定子绕（rào）组散热比较方便

惯量小，易于提高系统的快速性

适应于高速大力矩（jǔ）工作状态（tài）

1.2.4. 舵机

舵机是一种常（cháng）见的（de）伺服电机，由小型（xíng）直流电机、控制（zhì）电路（lù）板、电（diàn）位计和齿（chǐ）轮组构成，舵机的用途（tú）广泛； 舵机可按照信号类（lèi）型划分、按照（zhào）齿轮划分（fèn）、按（àn）照用途（tú）划分；舵机分90°、180°、270°和360°舵机，其中180°的舵机最为常见。

按照信号类型划（huá）分为 模拟信号舵机和数字信（xìn）号舵机

模拟舵机（jī）：无MCU微控（kòng）制器，电路为（wéi）模拟电路，同样的舵机之（zhī）间（jiān）会有性能差异

数字舵机（jī）：有MCU控制（zhì）器，一般内部采用算法优化，性能比模拟舵机（jī）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（lún）舵（duò）机：适用于大扭力和高（gāo）速场合

塑料齿轮舵机：成本低适用于中低扭（niǔ）矩场（chǎng）合