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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換的設備，其中發電機是將機械能轉換為電能， 電動機是將電能轉換為機械能。發電機的主要用于產生電能，用途單一， 但是電動機主要用于產生機械能，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、按照結構和工作原理劃分、 按照啟動與運行方式劃分、按照用途劃分、按照運轉速度劃分等等。可以說是分類五花八門，但是在實際應用中， 工程師會根據電機的特性來分，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，電機的轉速由電壓決定;直流減速電機的轉速由齒輪組和電壓決定； 齒輪組的作用是，提供較低的轉速，較大的力矩；同時不同的減速比會提供不同的轉速和力矩。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(圖片來自網絡)

接下來就是有刷與無刷的區別：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， 磁鋼和碳刷不轉，線圈電流方向的交替變化是隨電機轉動的換相器和電刷來完成的。 無刷直流電動機是采用半導體開關器件來實現電子換向的，使用電子開關器件代替傳統的接觸式換向器和電刷。

圖 1-2 左側為有刷電機、右側為無刷電機(圖片來自網絡)

1.2.2. 步進電機

步進電機是一種可以將脈沖信號轉換為角位移或線位移的開環控制電機，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角度;步進電機按照構造方式分類，分為三類分別是反應式、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，但是加上閉環控制系統就可以稱之為伺服系統中的電機。

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現象，轉速隨著轉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，電機的轉速隨電磁轉矩變化而變化的規律

調節特性 直流電機在一定的電磁轉矩（或負載轉矩）下電機的穩態轉速隨電樞的控制電壓變化而變化

動態特性 從原來的穩定狀態到新的穩定狀態，存在一個過渡過程，這就是直流電機的動態特性

交流伺服電機特性

無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養要求低

定子繞組散熱比較方便

慣量小，易于提高系統的快速性

適應于高速大力矩工作狀態

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

數字舵機：有MCU控制器，一般內部采用算法優化，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