1.1. 电（diàn）机的简介

电机是一种可以在（zài）电能和机械能的之间相互转换（huàn）的设备，其中发电机（jī）是将机械（xiè）能转换为电能， 电动机是将电（diàn）能转换为（wéi）机械能。发（fā）电机的主要（yào）用于（yú）产生电能，用途单一， 但是电动机（jī）主要用于产生机械能，用（yòng）途极其广（guǎng）泛。

1.2. 电机的分类

电机种类多种多样（yàng），自然分类也是多种多（duō）样的，可（kě）以（yǐ）按照工作电源种类划分、按照（zhào）结构和工作原理划分、 按照启动与运行（háng）方式划分、按照用途划分（fèn）、按照运转速（sù）度划分等（děng）等。可以说是分类五花八门，但（dàn）是（shì）在（zài）实际应（yīng）用中， 工程师会根据电机的特性来分，例（lì）如（rú）：对速度要求高（gāo）的会选择直流电（diàn）机（jī），对精度要求高的会选（xuǎn）择步进电机等等； 接下来我们将会从众多类型中的电（diàn）机中选择几个具有代表性（xìng）、普遍性的常用电（diàn）机。

1.2.1. 直流电机

在直流电机中还（hái）分为普通的直流电（diàn）机、直流减速（sù）电机，有刷和无刷，共分为：

直（zhí）流有刷电机

直流有刷减（jiǎn）速（sù）电机

直流无刷电机

直流无刷减速电机

这（zhè）四种电机。 从字面意思上就可以想象的到，普通的（de）直流电机和直流减速电（diàn）机相差的只有“减速”，它们在构造上相差（chà）的是一（yī）个减速齿轮组。 普通的直流电机当空载（zǎi）时，电机的转速由电压决定;直流减速电机的转速由齿轮组和电压决定； 齿（chǐ）轮组的（de）作用是（shì），提供较低的转（zhuǎn）速，较（jiào）大的力矩；同时（shí）不同的减速（sù）比会提供（gòng）不同的转速和力（lì）矩（jǔ）。这（zhè）样就大大提（tí）高了（le）减速（sù）电机的（de）使用率。

图 1-1 减（jiǎn）速电机齿轮（lún）箱(图片（piàn）来自网络)

接（jiē）下来就（jiù）是有刷与（yǔ）无（wú）刷的（de）区（qū）别：有刷和无刷的字面意思是（shì）有无（wú）碳刷；有刷电机电机（jī）工作时需要线圈和换向器旋转， 磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替变化是随电机转动的换相器和电刷来完成（chéng）的（de）。 无刷直（zhí）流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的，使用（yòng）电子开关器件代替传统的接触式换（huàn）向（xiàng）器和电刷。

图 1-2 左侧为有刷电机、右侧（cè）为无刷电机(图片来（lái）自（zì）网络（luò）)

1.2.2. 步进电机

步进电机是一种可（kě）以将脉冲信号转换为角位移或线（xiàn）位移的开环控（kòng）制电机，在空载低频的情况下，一（yī）个脉冲就是一步， 可以精准（zhǔn）的控（kòng）制旋转角度（dù）;步进电机按照构造（zào）方式分类，分为三类分别是反应式、永磁式（shì）和混（hún）合（hé）式（shì）。

按照定子上绕（rào）组可分为（wéi）二相（xiàng）、三相和五相等系列，但是最受欢迎的是两相混合式（shì）步进电（diàn）机，约占97%上的市场份额， 基本上是占据了（le）整个市场；所以后面也（yě）会主要针（zhēn）对两（liǎng）相混合式（shì）步进电机进（jìn）行讲解。你一定（dìng）听过42步进（jìn）电机， 那（nà）么“42”指的是什么呢？下面这（zhè）张图会（huì）告诉你“42”到底是什（shí）么意思。

图（tú） 1-3 42步进电机（jī）尺（chǐ）寸图

42步进（jìn）电机（jī）是（shì）指步进的尺寸，混合式（shì）步进电机一般都是正方形，外框尺寸为42mm*42mm； 除42之（zhī）外还有57步进电机，86步（bù）进电机，也都是（shì）因外框尺（chǐ）寸而（ér）得名（míng）的（de）。

1.2.3. 伺服电（diàn）机

什（shí）么叫伺服电机？伺服电机长什么样子？“伺服（fú）”一词是（shì）来源于希腊语“奴隶”的意思（sī）， 那（nà）么伺服电（diàn）机（jī）也可以理解（jiě）为绝对服（fú）从控制信（xìn）号指挥电机，所以（yǐ）伺服（fú）电机是指在伺服系统中（zhōng）被控制的（de）电（diàn）机。 如（rú）果（guǒ）单（dān）指（zhǐ）一个电机的话，那（nà）只能算一个被控（kòng）的机械（xiè）元件，但是加（jiā）上（shàng）闭环控制系统就可以称之为（wéi）伺服系统中的电机。

伺服电机（jī）分为直流和交流伺服电动（dòng）机两大类，其主要特（tè）点是，当信号电压为零时无自转现象，转速（sù）随着转（zhuǎn）矩（jǔ）的增加而匀速下降。

直流伺服电机特性

机械特性 在输入的电枢电压保持（chí）不变时，电机的转速随电磁转矩变化而变化（huà）的（de）规律

调（diào）节特性 直流电机在一定（dìng）的（de）电磁转（zhuǎn）矩（或负载转矩（jǔ））下（xià）电机（jī）的稳态转速随（suí）电枢的控制电（diàn）压变化而（ér）变化

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

交流伺（sì）服电机特性（xìng）

无电（diàn）刷和（hé）换向（xiàng）器，因此工作可靠，对维护和保养（yǎng）要求低

定子（zǐ）绕组散热比较方便

惯量（liàng）小，易于提高系（xì）统的快速性

适应于高速大力（lì）矩工作状态

1.2.4. 舵机

舵机是一（yī）种（zhǒng）常见的伺服电机，由小型直流（liú）电机、控（kòng）制电路板（bǎn）、电位计和齿（chǐ）轮组构成（chéng），舵机的用途广泛； 舵机可按照（zhào）信号类型（xíng）划分、按照齿轮划分、按照用途划分；舵机分90°、180°、270°和360°舵机，其中180°的（de）舵机（jī）最（zuì）为（wéi）常见。

按照信号类型划分为 模拟信（xìn）号（hào）舵（duò）机（jī）和数字（zì）信号舵机

模拟舵（duò）机：无MCU微控制器，电路为模拟电路，同样的舵机之间会有性能（néng）差异

数字（zì）舵机：有（yǒu）MCU控制器，一般内部采用算法优化，性能比（bǐ）模拟舵机（jī）好

按照齿轮划分（fèn）为 金属（shǔ）齿轮舵（duò）机和（hé）塑料齿轮舵（duò）机

金属齿轮舵机：适用于（yú）大（dà）扭力和高速场合

塑料齿轮（lún）舵（duò）机：成本低适用于中低（dī）扭矩场合