1.1. 电（diàn）机的简介

电机是一种可以在（zài）电（diàn）能和（hé）机械能的之（zhī）间相互转换的设备，其（qí）中（zhōng）发电机是将机械能转换（huàn）为（wéi）电能， 电动机是（shì）将电能（néng）转换为机（jī）械（xiè）能。发电机的主（zhǔ）要用（yòng）于（yú）产生电能，用途单（dān）一， 但是电动机（jī）主要用于产（chǎn）生机械能，用途极其（qí）广泛。

1.2. 电（diàn）机的（de）分类

电（diàn）机种类多种多样（yàng），自然分类也（yě）是多种多样的，可以按照工作电（diàn）源种类划分（fèn）、按照结构和（hé）工作原理划分、 按照启动与运行（háng）方式划分（fèn）、按（àn）照用途划（huá）分、按（àn）照运转（zhuǎn）速度划分等等。可以说是分类五花八门，但（dàn）是在实际应用中， 工程（chéng）师会（huì）根据电机的特性来分，例如：对速度要求高的会（huì）选（xuǎn）择直（zhí）流电机（jī），对精（jīng）度要求高的会选择步进电（diàn）机等等； 接下来（lái）我们将会从众多类型中的电机（jī）中选择几个具（jù）有代表性、普遍性的（de）常用电机（jī）。

1.2.1. 直（zhí）流电（diàn）机（jī）

在直流电机中还分为普通（tōng）的直（zhí）流电机、直流减（jiǎn）速电（diàn）机，有（yǒu）刷和无刷，共分为：

直流有刷电机

直（zhí）流（liú）有刷（shuā）减速电机

直流无刷电机（jī）

直流无（wú）刷（shuā）减速电机

这四种电机。 从字面意思（sī）上就可以想象的到，普通的直（zhí）流电机和直流减速电机相（xiàng）差的（de）只（zhī）有“减速”，它（tā）们在构造上相差（chà）的（de）是一（yī）个减速齿轮组。 普通的直流电机当空载时（shí），电机的转速由电（diàn）压决定;直流（liú）减速（sù）电机的转速（sù）由（yóu）齿（chǐ）轮组和电压（yā）决定； 齿轮组的作用是，提（tí）供较低的转（zhuǎn）速，较大的力矩；同时不同的减速比会提供（gòng）不同的转（zhuǎn）速和力矩。这样（yàng）就大大提高了减（jiǎn）速电机的使用率。

图 1-1 减（jiǎn）速电（diàn）机齿轮箱（xiāng）(图片来自网（wǎng）络)

接（jiē）下来就是有（yǒu）刷与（yǔ）无刷的区别：有（yǒu）刷和无刷（shuā）的字面意思是有无碳刷；有刷电机电（diàn）机工作时需要线圈（quān）和换向器旋转， 磁（cí）钢和碳（tàn）刷不转，线圈电流方（fāng）向的交替（tì）变化是（shì）随电机转（zhuǎn）动的换（huàn）相器和（hé）电刷来完（wán）成（chéng）的。 无刷直（zhí）流（liú）电动机是采用半（bàn）导体开关器（qì）件来实现电子换向的，使用电（diàn）子开关器件代替（tì）传统的接（jiē）触（chù）式换向器（qì）和电刷。

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

1.2.2. 步进电机

步进电机是（shì）一种可以（yǐ）将脉冲信号（hào）转换为角（jiǎo）位移或线位移的开环控制（zhì）电机，在空载（zǎi）低频的情（qíng）况下，一个（gè）脉冲就是一步， 可以精准的控（kòng）制旋转角（jiǎo）度（dù）;步进电机按照构造方式分类，分（fèn）为三类分别是反应式、永磁式和混合式。

按（àn）照定子上绕组（zǔ）可（kě）分为二相（xiàng）、三相和五相等系列，但是（shì）最受欢迎的是两相混合式步进电机，约占97%上的市场份额， 基（jī）本上是（shì）占据了整（zhěng）个市场；所以后面也会主要针对两相混合式步进电机进行讲（jiǎng）解。你一定听（tīng）过42步进电机， 那么（me）“42”指的是什（shí）么呢？下面这（zhè）张图会告诉你“42”到底是什么意（yì）思。

图 1-3 42步进电机尺寸图

42步进电机是指（zhǐ）步进（jìn）的尺寸，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（wài）还（hái）有（yǒu）57步进电机，86步进电机，也都是因外框（kuàng）尺寸（cùn）而得（dé）名的。

1.2.3. 伺服电机

什么叫伺服电机（jī）？伺服电机长什么样子？“伺服”一词是来源（yuán）于希腊语“奴隶”的意思（sī）， 那么伺服电机（jī）也可以理解为绝对服（fú）从控制信号（hào）指挥电（diàn）机，所以（yǐ）伺服（fú）电机是（shì）指在伺（sì）服系统中被控制的电机（jī）。 如果单指一个电机的话，那只能（néng）算（suàn）一个被控的（de）机械元件，但是加上闭环控制系统（tǒng）就可以称之为伺服系统中的（de）电机。

伺服电机分为直流和交流伺（sì）服电（diàn）动机两（liǎng）大类（lèi），其主要特（tè）点是，当信号电压为（wéi）零时无自转现象，转速随着转（zhuǎn）矩的增加（jiā）而匀（yún）速（sù）下降。

直流伺服电机特性（xìng）

机械（xiè）特（tè）性 在输入的电枢电压保持不（bú）变时，电机的转速随电（diàn）磁转（zhuǎn）矩（jǔ）变（biàn）化而变（biàn）化（huà）的规律

调节（jiē）特性（xìng） 直流电（diàn）机在（zài）一定的电磁转矩（或（huò）负载转矩）下电机的稳态转速随电（diàn）枢的控制电压变化而（ér）变（biàn）化

动态特性 从原来的稳定状（zhuàng）态到新的稳（wěn）定状态，存在一个（gè）过渡过程，这就是直流电机的动态特性

交流伺服（fú）电（diàn）机特性

无电刷和换向器，因此（cǐ）工作可靠，对（duì）维（wéi）护（hù）和保养要求低

定子绕组散热比较方便

惯量（liàng）小，易于提高（gāo）系（xì）统的快速性（xìng）

适应于高速（sù）大力矩工作（zuò）状态

1.2.4. 舵（duò）机（jī）

舵机是一种常见的伺服电机，由（yóu）小型直（zhí）流（liú）电机、控制电路板、电位计和齿轮组构成，舵机的用途广泛； 舵机可按照信号类型划分、按照（zhào）齿轮划分、按照（zhào）用途划分；舵机（jī）分90°、180°、270°和360°舵机，其中180°的舵机最为常见。

按照信号类型划分为（wéi） 模拟（nǐ）信号舵机和数字信号舵机

模拟舵机：无MCU微（wēi）控制器（qì），电路为模拟电路，同样（yàng）的舵机之间会有（yǒu）性能差异

数字舵机：有MCU控制器，一般内部采（cǎi）用算法优化，性能比模拟舵（duò）机好

按照齿轮划分为 金（jīn）属齿（chǐ）轮舵（duò）机和（hé）塑料齿轮舵机

金属（shǔ）齿（chǐ）轮舵机：适用（yòng）于大扭力和高速场合

塑料齿轮舵机：成本低适用于中低（dī）扭矩场（chǎng）合