1. 電機大分類

本來電機就有很多種，命名比較混亂。如何理解各種電機之間的區別？下面這些電機有點太大了。你能理解每一個嗎？

例如：交流異步、永磁同步、交流感應、磁阻電機、反應式步進、永磁步進、混合式步進、空心杯、DC刷、BLDC、PMSM、伺服電機、兩相步進、三相步進。

但是不懂也沒關系。本文的目的不是解釋各種電機。說實話，很多電機編輯其實都沒見過。希望大家看完之后不要再糾結于此，而是對電機運行的本質有更深入的理解。

2. 電機如何轉動

無論電機有多少種模式，都會歸結到一個基本原理，就是磁鐵的異極相吸，同極相斥。如下圖所示，當中圓磁鐵和邊方磁鐵在這樣的位置時，處于不平衡狀態。中間圓形磁鐵的S極被方形磁鐵的N極吸引，N極被方形磁鐵的N極排斥，從而逆時針旋轉，直到S極和N極相互靠近后停止。

如果我們沿著虛線水平旋轉方形磁鐵，圓形磁鐵也會隨之旋轉。電機的關鍵是如何產生兩個相互吸引的部分，在吸引力的作用下旋轉。旋轉的部分叫轉子，轉子通過引力旋轉后會達到平衡。如果你想讓轉子持續旋轉，你需要在一個新的位置吸引它。

還有一種電機，它不是依靠磁極間的引力，而是依靠另一個特性，即磁力線總是通過磁阻最小的路徑。就像電流總是尋找最小的電阻路徑。如下圖右側所示，轉子的長軸與磁力線方向一致，在這種狀態下磁力線的磁阻最小。如左圖所示，如果轉子旋轉一個角度，磁力線的路徑會變長，磁阻會變大。此時磁力線會在轉子上產生扭矩，將轉子推回原來磁阻最小的位置。

電機的非旋轉部分稱為定子，旋轉部分稱為轉子。轉子內，定子外稱為內轉子，反之亦然，轉子在外，中間部分為定子。定子和轉子的磁場可以由流過勵磁線圈的電流產生，也可以一個由電流產生，一個由永磁體產生。

再來說說同步和異步。交流感應電機是一種歷史悠久的電機。這種電機的定子中激勵出三相交流電，產生的磁場是一個交變電流頻率的旋轉磁場。在靜止狀態下，鼠籠式轉子開始切割磁力線形成電流，電流又產生磁場，磁場與定子磁場相互作用，開始旋轉。但轉子的速度總是滯后于定子中磁場的旋轉速度，因為一旦兩者速度相同，定子就不再切割磁力線，從而失去動力。轉子和定子之間總是有一定的速度差，因為不同步旋轉，所以稱為異步電動機。

如果轉子利用永磁體或勵磁電流產生磁場，可以隨著定子磁場的旋轉而旋轉，這種電機稱為同步電機。永磁同步電機(PMSM)是同步電機的一種，目前應用廣泛。注意，這里的同步不是指轉子的轉速與定子磁場的轉速同步，因為轉子的轉速與它有多少對磁極有關。如果是一對磁極，轉子的轉速等于定子磁場的轉速。如果定子有兩對磁極，其轉速是定子磁場轉速的一半。

3. 常見直流電機

在嵌入式領域，大部分是DC汽車。我們來拆解一些常用的，有一些直觀的感受。

刷DC電機，刷DC電機。定子是永久磁鐵，轉子是線圈。通電后，線圈在磁場的作用下旋轉。轉彎后

在下圖中，我們會看到一種叫做碳刷的東西。它的一端接電源的正負極，另一端壓在換向器上。隨著換向器的轉動，通電線圈的切換完成。碳的缺點是產生噪音、火花、磨損和壽命短。因此，目前的趨勢是用電子換向取代這種機械換向，即BLDC(無刷DC電機)。

看看另一個有大量電極的DC發動機。這是我們在另一篇關于豆漿機原理的文章中提到的電機。雖然豆漿機是由220交流供電，但其中使用的電機是DC電機。20 V交流電經過整流后轉換成DC，通過碳刷直接施加到電機的線圈上。它的電極數量多，所以扭矩也大。

杯形電機屬于DC有刷電機。它的轉子沒有鐵芯，所以轉動慣量小，響應快。它的體積可以做得很小，廣泛應用于飛機、聚焦、儀器儀表等。下圖是一個直徑7mm，長16mm的716空心杯。

步進電機，下圖為兩相混合式步進電機。可以看到有八個繞組，分為A、B兩相，1 3 5 7為一相，2 4 6 8為一相。這些小齒均勻分布在定子和轉子上。A B相通電時，定子和轉子上不同極性的小齒交錯排列，帶動轉子轉動。它的控制也很簡單。通過交-交脈沖的交替，可以驅動轉子步進旋轉，步進角為1.8。

無刷直流(BLDC)和永磁同步(PMSM)

一般我們習慣上把采用霍爾傳感器測量轉子位置，反電動勢為梯形波，六步換相控制的電機稱為DC無刷。編碼器用于測量轉子位置，反電動勢為正弦波，采用矢量控制(FOC)的電機稱為永磁同步。其實很多BLDC的反電動勢并不是標準的方波，而是接近正弦波，也可以矢量控制。同樣，永磁同步也可以通過六步換相來控制。此外，永磁同步也是由DC供電，而且必須是無刷的。

矢量控制的永磁同步電機轉矩脈動小，旋轉穩定，低速時能輸出大轉矩。然而，DC無刷電機控制簡單，成本較低。下圖為帶磁性編碼器的永磁同步電機。更高端的電機大多采用光電編碼器，可以更高精度的輸出轉子位置，讓控制器更精確的控制轉子旋轉。

伺服電機，其實很難說哪個電機是不是伺服電機。伺服本身指的是一個系統，能夠根據輸入精確快速地控制轉子的位置和速度。下面這種電機，帶光電編碼盤，與電機的驅動控制器集成在一起，可以通過外部給脈沖電平信號來控制其運行。

4. 結束語

電機種類太多了。我們列舉這些例子，希望能幫助你了解電機。今后，我們將選擇一些典型的電機，更詳細地討論它們的原理以及如何控制它們。有興趣的可以星我們的微信官方賬號。