1.1. 电机的简介

电机是（shì）一（yī）种（zhǒng）可以在电能（néng）和（hé）机械（xiè）能（néng）的（de）之（zhī）间（jiān）相互（hù）转换（huàn）的设备，其中发电机是将机械能转换为（wéi）电（diàn）能， 电（diàn）动机（jī）是将电（diàn）能（néng）转换（huàn）为（wéi）机械能。发电机（jī）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（yòng）于（yú）产生（shēng）机（jī）械能，用（yòng）途极其（qí）广（guǎng）泛。

1.2. 电机的分类（lèi）

电机种（zhǒng）类多种多（duō）样，自然分类也是多种多样（yàng）的，可以按（àn）照工作电（diàn）源种（zhǒng）类划分、按照结构（gòu）和工作原理划分、 按（àn）照启动与运行（háng）方式（shì）划分、按照（zhào）用途（tú）划分、按照运转速（sù）度划分等等。可以（yǐ）说是分类五花八门，但是在（zài）实际应用中， 工（gōng）程师会根据电机的特性来分，例（lì）如：对速度要求高的会选（xuǎn）择直流电机，对精（jīng）度要求高的会选择步进电机等等； 接下来我们将会（huì）从（cóng）众多类型（xíng）中的电机中选（xuǎn）择几个具有代表（biǎo）性、普遍性的常用电机。

1.2.1. 直流电机

在直流电机中还分为（wéi）普通（tōng）的直流电（diàn）机、直（zhí）流减速（sù）电机，有刷和无（wú）刷（shuā），共分为：

直流有（yǒu）刷电机

直流有（yǒu）刷减速（sù）电机

直流无刷电机

直流无刷减速电机

这（zhè）四种电（diàn）机。 从字面意思上就（jiù）可以想（xiǎng）象的到，普通的直流电机（jī）和（hé）直流减速电机相（xiàng）差的只（zhī）有“减速”，它们在构（gòu）造上相差的是一个减（jiǎn）速齿轮组。 普通的直流电机当空载时（shí），电机的转速由电压决定;直流减速电机的转速（sù）由（yóu）齿轮组和电压（yā）决定； 齿轮组的作（zuò）用是，提供较（jiào）低（dī）的转（zhuǎn）速，较大的（de）力（lì）矩；同时不（bú）同的减速比（bǐ）会提供不同的转速和力矩（jǔ）。这（zhè）样就大大提高（gāo）了减速电机的使用（yòng）率。

图 1-1 减速电机齿轮箱(图片来自网（wǎng）络)

接（jiē）下来就是有刷与无刷的区别：有（yǒu）刷和（hé）无刷的字面意思是有（yǒu）无碳（tàn）刷；有刷电机（jī）电机（jī）工作时需要线（xiàn）圈和换（huàn）向器旋转， 磁钢和碳刷（shuā）不转，线圈电流方向的交替变化是随电机（jī）转动（dòng）的（de）换相器和电（diàn）刷来（lái）完成的。 无刷（shuā）直流电动机是采用半导体开关（guān）器件来（lái）实现电子换向的，使用电子开关器件代替传统的接触式换向器和（hé）电刷。

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

1.2.2. 步（bù）进电（diàn）机

步进电机是一种可以将脉冲信（xìn）号转换为角位移或线（xiàn）位移的开环控制（zhì）电机，在空载（zǎi）低（dī）频的情况下，一个脉冲就是一步， 可以精准的控制旋转角度;步（bù）进电机（jī）按照构造方式分类，分为三类分别是反应（yīng）式、永（yǒng）磁式和混合式。

按照定子上绕组（zǔ）可分为二相、三相和五相等系列，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（jī）本上是占据了整个市场；所以后面也会主要针对两（liǎng）相混合式步进电机（jī）进行讲解。你一定听（tīng）过42步进电机， 那么“42”指的是什么（me）呢？下面这张图会告诉你（nǐ）“42”到底（dǐ）是什么（me）意思。

图 1-3 42步（bù）进电机尺寸图

42步（bù）进电机（jī）是指步进的尺寸，混合式步进电机一般都（dōu）是（shì）正方形，外框尺寸为42mm*42mm； 除42之外（wài）还有57步进电机，86步（bù）进电机，也都是因外框尺寸而得名的。

1.2.3. 伺服电机

什么叫伺服电（diàn）机？伺（sì）服电机长什么样子？“伺服”一词（cí）是来源于希腊（là）语“奴隶（lì）”的（de）意思， 那么（me）伺服电机也可以理解为绝对服从控制（zhì）信号指挥电机，所以伺（sì）服电（diàn）机是指在伺服系统中被控（kòng）制的电机。 如果单指一个电（diàn）机的（de）话，那只能算一个被控的机（jī）械元（yuán）件（jiàn），但是加（jiā）上闭环控制系统就可以称之为伺服系（xì）统（tǒng）中的电（diàn）机。

伺服（fú）电机分（fèn）为直流和交（jiāo）流伺服电动机两大类，其主要特点是，当（dāng）信号电压为零时无自转现（xiàn）象，转速随（suí）着（zhe）转矩的增加而匀速下降。

直流伺服电机特性

机械（xiè）特性 在输入的电枢电压保（bǎo）持（chí）不变时，电机（jī）的转速随电磁转（zhuǎn）矩变（biàn）化而变化的规律（lǜ）

调节特（tè）性 直流电（diàn）机在一定的电（diàn）磁转矩（或负载转矩）下（xià）电机的稳态转速随（suí）电（diàn）枢的控（kòng）制电压变（biàn）化（huà）而变化

动态特（tè）性 从原来的（de）稳定状态（tài）到新的稳（wěn）定状（zhuàng）态，存在一个过渡过程，这就（jiù）是直流电机的动态特性

交（jiāo）流伺服电机特性

无电刷和换（huàn）向器，因此工作可靠，对维护和保养（yǎng）要求低

定子绕组（zǔ）散热比（bǐ）较方便（biàn）

惯量（liàng）小，易于提（tí）高系统的快速性

适应（yīng）于高（gāo）速（sù）大力（lì）矩工作状（zhuàng）态（tài）

1.2.4. 舵机

舵机（jī）是一种常见的伺（sì）服（fú）电机，由小型直流电机、控制电路板、电（diàn）位计和齿轮组构成（chéng），舵（duò）机（jī）的用途广（guǎng）泛； 舵机（jī）可按（àn）照信号（hào）类（lèi）型划分、按照（zhào）齿轮（lún）划分、按照（zhào）用途划分（fèn）；舵机分90°、180°、270°和360°舵机，其（qí）中180°的舵机最为常见。

按（àn）照信（xìn）号（hào）类（lèi）型（xíng）划分（fèn）为（wéi） 模拟信（xìn）号（hào）舵机和数字信号舵机

模拟舵机：无（wú）MCU微控制器，电路为模（mó）拟电路，同样的舵机之间会有性能差异（yì）

数字舵（duò）机（jī）：有MCU控（kòng）制器，一般内部采用（yòng）算法优化，性能比模拟舵机好

按照齿轮划分为 金（jīn）属齿轮舵机和塑料齿轮（lún）舵机

金属齿轮舵机：适用于大（dà）扭力和高速（sù）场（chǎng）合

塑料齿轮舵（duò）机：成本（běn）低适（shì）用于中（zhōng）低（dī）扭矩场合