1.1. 电机（jī）的（de）简介

电机是一种可以（yǐ）在电能和机械能的之间相互（hù）转换的设备，其中发电机是将机（jī）械能转换为电（diàn）能， 电（diàn）动（dòng）机是将电（diàn）能转换为机械能。发电机（jī）的主要用（yòng）于产生电能（néng），用（yòng）途单一， 但是电动（dòng）机（jī）主要（yào）用于产生（shēng）机械（xiè）能，用途极其广（guǎng）泛（fàn）。

1.2. 电机（jī）的分（fèn）类

电机种（zhǒng）类多种多样，自（zì）然分类（lèi）也（yě）是多（duō）种多样的，可以按（àn）照（zhào）工作电源种类划分、按照结构（gòu）和工作原理划分、 按（àn）照启动与（yǔ）运行方式（shì）划分、按（àn）照用途划分、按照运转速（sù）度划分等等。可（kě）以说是分类五（wǔ）花八门（mén），但是在实际应（yīng）用（yòng）中， 工程师会根据电机的特性来分，例如：对速度要求高（gāo）的会选（xuǎn）择直流电机，对（duì）精度要求高（gāo）的会选择步进电机等等； 接下来（lái）我们将会（huì）从（cóng）众多类型中的电机（jī）中选（xuǎn）择几（jǐ）个具有代表（biǎo）性、普遍（biàn）性的常（cháng）用电机。

1.2.1. 直（zhí）流电机（jī）

在（zài）直（zhí）流电机（jī）中还分（fèn）为普（pǔ）通的直（zhí）流电机、直流减速电（diàn）机（jī），有刷和无刷，共分为：

直流有刷电机

直流有刷（shuā）减（jiǎn）速（sù）电机（jī）

直流无刷电（diàn）机

直流无刷减（jiǎn）速电机（jī）

这四种电机。 从字面意思上就可以想象的到，普通的直（zhí）流电机和（hé）直流减速电机相差的只有“减速”，它们在构造上（shàng）相差（chà）的是（shì）一个减速齿轮组。 普通（tōng）的直流电机当空载时，电机的（de）转速由电压决定;直流减速电机（jī）的转速由（yóu）齿轮组（zǔ）和电压（yā）决（jué）定； 齿轮组的作用是，提供（gòng）较低的（de）转（zhuǎn）速（sù），较（jiào）大的力矩；同时不同的减速比会提供不同的（de）转速和力矩。这样就大大提高了减速电机的使用（yòng）率（lǜ）。

图 1-1 减速电机齿轮箱(图片来自（zì）网（wǎng）络)

接下来就是有刷（shuā）与无刷的（de）区别：有刷和无刷的字面意思是有无碳刷；有刷电（diàn）机电机工作时（shí）需要线圈和换（huàn）向（xiàng）器旋转， 磁钢和碳刷不转，线圈电流方向的交替（tì）变化是随电机转动（dòng）的换（huàn）相器（qì）和（hé）电刷来完成的。 无（wú）刷（shuā）直流电动机是采用半导体开关器件来实现电子换向的（de），使（shǐ）用电子开关器件代替传统的接触式换（huàn）向（xiàng）器和电刷（shuā）。

图 1-2 左（zuǒ）侧为有刷电机、右侧为无刷电机(图片来自网络)

1.2.2. 步进电（diàn）机（jī）

步进（jìn）电机是一（yī）种（zhǒng）可以将脉冲信号转换为（wéi）角位移或线（xiàn）位移的（de）开环控制（zhì）电机，在空载低频的情况下，一（yī）个（gè）脉冲就（jiù）是一步， 可以精准的控制旋转角（jiǎo）度;步进电（diàn）机按照构（gòu）造方（fāng）式分类，分为三类分别是反应式、永磁式和混合式（shì）。

按照定子（zǐ）上（shàng）绕组可分为二（èr）相、三（sān）相和五相（xiàng）等系列，但是最（zuì）受欢迎（yíng）的是（shì）两相混合式（shì）步进电机，约占（zhàn）97%上的市场份额， 基（jī）本上是占据（jù）了整个市场；所以后面（miàn）也会（huì）主要针对两相混合式步进电机（jī）进行讲解（jiě）。你一定听（tīng）过42步进电（diàn）机， 那么“42”指的是什么呢？下（xià）面这张图会告诉你“42”到底（dǐ）是什么意（yì）思。

图（tú） 1-3 42步进电机尺寸图

42步进（jìn）电机是指步进的尺寸（cùn），混（hún）合式步进（jìn）电（diàn）机一般都是正方（fāng）形，外框尺寸为42mm*42mm； 除42之外还有（yǒu）57步进电机，86步（bù）进电机，也都是因（yīn）外（wài）框尺寸而得名的。

1.2.3. 伺（sì）服电机

什么（me）叫伺服电机？伺服电机长什么样子（zǐ）？“伺服”一词（cí）是来源（yuán）于希腊语“奴隶”的意思， 那么伺服电机也可以理解为绝对服从（cóng）控制信号指挥电机，所以伺（sì）服电机是指在伺服系统中被（bèi）控制（zhì）的电机。 如果单指一个电机的话，那（nà）只（zhī）能算一个被控的机械元件（jiàn），但是（shì）加上闭环（huán）控制系统就（jiù）可以称之为伺服（fú）系（xì）统中（zhōng）的电机。

伺服电机分为（wéi）直流（liú）和交流（liú）伺服电动机（jī）两大（dà）类（lèi），其（qí）主（zhǔ）要特（tè）点是，当信号电（diàn）压（yā）为零（líng）时无自转现（xiàn）象（xiàng），转速随着转矩（jǔ）的增（zēng）加而匀速下降。

直流伺服电（diàn）机特性

机械特（tè）性 在输入（rù）的电（diàn）枢电（diàn）压保（bǎo）持不变时，电机的转速（sù）随电（diàn）磁转矩（jǔ）变化而变（biàn）化的规（guī）律

调节特性（xìng） 直流电机（jī）在一（yī）定的电（diàn）磁（cí）转（zhuǎn）矩（或负载转（zhuǎn）矩）下电机的（de）稳态转速（sù）随电枢的控制电压变化而变化

动（dòng）态特性 从原来（lái）的稳定状态到新的稳定状态，存在一个过渡过（guò）程，这就是直流电机的动态特性（xìng）

交流伺服电（diàn）机特性（xìng）

无电刷（shuā）和换向器，因此（cǐ）工作可靠，对（duì）维护和保养要求低

定子绕组（zǔ）散热比较方便（biàn）

惯量（liàng）小（xiǎo），易于提高系统的快速性（xìng）

适应于高速大力矩（jǔ）工作状态（tài）

1.2.4. 舵机（jī）

舵机是一种常见（jiàn）的伺（sì）服电（diàn）机，由小型直流电机、控制（zhì）电路（lù）板、电（diàn）位计和齿轮组构（gòu）成，舵（duò）机（jī）的（de）用途广（guǎng）泛（fàn）； 舵（duò）机可按照信号类型划分（fèn）、按照齿（chǐ）轮（lún）划分、按（àn）照（zhào）用途划（huá）分；舵机分90°、180°、270°和360°舵机，其（qí）中180°的（de）舵机最为常见。

按照信号类型划分为 模拟信号（hào）舵机和数字信号舵（duò）机

模拟舵机：无MCU微控制器，电路为模拟电路，同样的舵机之间（jiān）会有性能差（chà）异

数字舵机：有MCU控制器，一般（bān）内（nèi）部采用算法优化，性能（néng）比模（mó）拟舵机（jī）好

按照齿轮划（huá）分为 金属（shǔ）齿轮（lún）舵机和塑料齿轮舵机（jī）

金属（shǔ）齿轮（lún）舵机：适用于大扭力和高速（sù）场（chǎng）合

塑料齿（chǐ）轮舵机：成本低适用于中低扭矩场合