1.1. 電機(jī)的簡(jiǎn)介

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

1.2. 電機(jī)的分類

電機(jī)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(dòng)與運(yùn)行方式劃分、按照用途劃分、按照運(yùn)轉(zhuǎn)速度劃分等等。可以說(shuō)是分類五花八門，但是在實(shí)際應(yīng)用中， 工程師會(huì)根據(jù)電機(jī)的特性來(lái)分，例如：對(duì)速度要求高的會(huì)選擇直流電機(jī)，對(duì)精度要求高的會(huì)選擇步進(jìn)電機(jī)等等； 接下來(lái)我們將會(huì)從眾多類型中的電機(jī)中選擇幾個(gè)具有代表性、普遍性的常用電機(jī)。

1.2.1. 直流電機(jī)

在直流電機(jī)中還分為普通的直流電機(jī)、直流減速電機(jī)，有刷和無(wú)刷，共分為：

直流有刷電機(jī)

直流有刷減速電機(jī)

直流無(wú)刷電機(jī)

直流無(wú)刷減速電機(jī)

這四種電機(jī)。 從字面意思上就可以想象的到，普通的直流電機(jī)和直流減速電機(jī)相差的只有“減速”，它們?cè)跇?gòu)造上相差的是一個(gè)減速齒輪組。 普通的直流電機(jī)當(dāng)空載時(shí)，電機(jī)的轉(zhuǎn)速由電壓決定;直流減速電機(jī)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(shí)不同的減速比會(huì)提供不同的轉(zhuǎn)速和力矩。這樣就大大提高了減速電機(jī)的使用率。

圖 1-1 減速電機(jī)齒輪箱(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

接下來(lái)就是有刷與無(wú)刷的區(qū)別：有刷和無(wú)刷的字面意思是有無(wú)碳刷；有刷電機(jī)電機(jī)工作時(shí)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(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)的換相器和電刷來(lái)完成的。 無(wú)刷直流電動(dòng)機(jī)是采用半導(dǎo)體開關(guān)器件來(lái)實(shí)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(jī)、右側(cè)為無(wú)刷電機(jī)(圖片來(lái)自網(wǎng)絡(luò))

1.2.2. 步進(jìn)電機(jī)

步進(jìn)電機(jī)是一種可以將脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換為角位移或線位移的開環(huán)控制電機(jī)，在空載低頻的情況下，一個(gè)脈沖就是一步， 可以精準(zhǔn)的控制旋轉(zhuǎn)角度;步進(jìn)電機(jī)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(jìn)電機(jī)，約占97%上的市場(chǎng)份額， 基本上是占據(jù)了整個(gè)市場(chǎng)；所以后面也會(huì)主要針對(duì)兩相混合式步進(jìn)電機(jī)進(jìn)行講解。你一定聽過(guò)42步進(jìn)電機(jī)， 那么“42”指的是什么呢？下面這張圖會(huì)告訴你“42”到底是什么意思。

圖 1-3 42步進(jìn)電機(jī)尺寸圖

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

1.2.3. 伺服電機(jī)

什么叫伺服電機(jī)？伺服電機(jī)長(zhǎng)什么樣子？“伺服”一詞是來(lái)源于希臘語(yǔ)“奴隸”的意思， 那么伺服電機(jī)也可以理解為絕對(duì)服從控制信號(hào)指揮電機(jī)，所以伺服電機(jī)是指在伺服系統(tǒng)中被控制的電機(jī)。 如果單指一個(gè)電機(jī)的話，那只能算一個(gè)被控的機(jī)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(jī)。

伺服電機(jī)分為直流和交流伺服電動(dòng)機(jī)兩大類，其主要特點(diǎn)是，當(dāng)信號(hào)電壓為零時(shí)無(wú)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(jī)特性

機(jī)械特性 在輸入的電樞電壓保持不變時(shí)，電機(jī)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(jī)在一定的電磁轉(zhuǎn)矩（或負(fù)載轉(zhuǎn)矩）下電機(jī)的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速隨電樞的控制電壓變化而變化

動(dòng)態(tài)特性 從原來(lái)的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個(gè)過(guò)渡過(guò)程，這就是直流電機(jī)的動(dòng)態(tài)特性

交流伺服電機(jī)特性

無(wú)電刷和換向器，因此工作可靠，對(duì)維護(hù)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(jī)

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

按照信號(hào)類型劃分為 模擬信號(hào)舵機(jī)和數(shù)字信號(hào)舵機(jī)

模擬舵機(jī)：無(wú)MCU微控制器，電路為模擬電路，同樣的舵機(jī)之間會(huì)有性能差異

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

按照齒輪劃分為 金屬齒輪舵機(jī)和塑料齒輪舵機(jī)

金屬齒輪舵機(jī)：適用于大扭力和高速場(chǎng)合

塑料齒輪舵機(jī)：成本低適用于中低扭矩場(chǎng)合