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1.1. 電機的簡介

電機是一種可以在電能和機械能的之間相互轉(zhuǎn)換的設(shè)備，其中發(fā)電機是將機械能轉(zhuǎn)換為電能， 電動機是將電能轉(zhuǎn)換為機械能。發(fā)電機的主要用于產(chǎn)生電能，用途單一， 但是電動機主要用于產(chǎn)生機械能，用途極其廣泛。

1.2. 電機的分類

電機種類多種多樣，自然分類也是多種多樣的，可以按照工作電源種類劃分、按照結(jié)構(gòu)和工作原理劃分、 按照啟動與運行方式劃分、按照用途劃分、按照運轉(zhuǎn)速度劃分等等�？梢哉f是分類五花八門，但是在實際應(yīng)用中， 工程師會根據(jù)電機的特性來分，例如：對速度要求高的會選擇直流電機，對精度要求高的會選擇步進電機等等； 接下來我們將會從眾多類型中的電機中選擇幾個具有代表性、普遍性的常用電機。

1.2.1. 直流電機

在直流電機中還分為普通的直流電機、直流減速電機，有刷和無刷，共分為：

直流有刷電機

直流有刷減速電機

直流無刷電機

直流無刷減速電機

這四種電機。 從字面意思上就可以想象的到，普通的直流電機和直流減速電機相差的只有“減速”，它們在構(gòu)造上相差的是一個減速齒輪組。 普通的直流電機當空載時，電機的轉(zhuǎn)速由電壓決定;直流減速電機的轉(zhuǎn)速由齒輪組和電壓決定； 齒輪組的作用是，提供較低的轉(zhuǎn)速，較大的力矩；同時不同的減速比會提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這樣就大大提高了減速電機的使用率。

圖 1-1 減速電機齒輪箱(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

接下來就是有刷與無刷的區(qū)別：有刷和無刷的字面意思是有無碳刷；有刷電機電機工作時需要線圈和換向器旋轉(zhuǎn)， 磁鋼和碳刷不轉(zhuǎn)，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉(zhuǎn)動的換相器和電刷來完成的。 無刷直流電動機是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來實現(xiàn)電子換向的，使用電子開關(guān)器件代替?zhèn)鹘y(tǒng)的接觸式換向器和電刷。

圖 1-2 左側(cè)為有刷電機、右側(cè)為無刷電機(圖片來自網(wǎng)絡(luò))

1.2.2. 步進電機

步進電機是一種可以將脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開環(huán)控制電機，在空載低頻的情況下，一個脈沖就是一步， 可以精準的控制旋轉(zhuǎn)角度;步進電機按照構(gòu)造方式分類，分為三類分別是反應(yīng)式、永磁式和混合式。

按照定子上繞組可分為二相、三相和五相等系列，但是最受歡迎的是兩相混合式步進電機，約占97%上的市場份額， 基本上是占據(jù)了整個市場；所以后面也會主要針對兩相混合式步進電機進行講解。你一定聽過42步進電機， 那么“42”指的是什么呢？下面這張圖會告訴你“42”到底是什么意思。

圖 1-3 42步進電機尺寸圖

42步進電機是指步進的尺寸，混合式步進電機一般都是正方形，外框尺寸為42mm*42mm； 除42之外還有57步進電機，86步進電機，也都是因外框尺寸而得名的。

1.2.3. 伺服電機

什么叫伺服電機？伺服電機長什么樣子？“伺服”一詞是來源于希臘語“奴隸”的意思， 那么伺服電機也可以理解為絕對服從控制信號指揮電機，所以伺服電機是指在伺服系統(tǒng)中被控制的電機。 如果單指一個電機的話，那只能算一個被控的機械元件，但是加上閉環(huán)控制系統(tǒng)就可以稱之為伺服系統(tǒng)中的電機。

伺服電機分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉(zhuǎn)現(xiàn)象，轉(zhuǎn)速隨著轉(zhuǎn)矩的增加而勻速下降。

直流伺服電機特性

機械特性 在輸入的電樞電壓保持不變時，電機的轉(zhuǎn)速隨電磁轉(zhuǎn)矩變化而變化的規(guī)律

調(diào)節(jié)特性 直流電機在一定的電磁轉(zhuǎn)矩（或負載轉(zhuǎn)矩）下電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨電樞的控制電壓變化而變化

動態(tài)特性 從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個過渡過程，這就是直流電機的動態(tài)特性

交流伺服電機特性

無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低

定子繞組散熱比較方便

慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性

適應(yīng)于高速大力矩工作狀態(tài)

1.2.4. 舵機

舵機是一種常見的伺服電機，由小型直流電機、控制電路板、電位計和齒輪組構(gòu)成，舵機的用途廣泛； 舵機可按照信號類型劃分、按照齒輪劃分、按照用途劃分；舵機分90°、180°、270°和360°舵機，其中180°的舵機最為常見。

按照信號類型劃分為 模擬信號舵機和數(shù)字信號舵機

模擬舵機：無MCU微控制器，電路為模擬電路，同樣的舵機之間會有性能差異

數(shù)字舵機：有MCU控制器，一般內(nèi)部采用算法優(yōu)化，性能比模擬舵機好

按照齒輪劃分為 金屬齒輪舵機和塑料齒輪舵機

金屬齒輪舵機：適用于大扭力和高速場合

塑料齒輪舵機：成本低適用于中低扭矩場合