电机工程师不得不懂的那些事儿！

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电机普遍地存在于现代化的工业及生活中，它是将电能转化为机械能的最主要设备。大到汽车、高铁、飞机，小到打印机、硬盘和最常见的手机，都安装了电机。

电机主要由永久磁铁制成的定子和导电线圈组成的转子构成，当电流流过线圈时产生磁场，定子和转子利用磁性同性相排斥异性相吸的机制形成相对运动，于是实现了机械能的转化。

电机的类型众多，按照通电电流的类型不同可分为直流（DC）电机和交流（AC）电机，其中直流电机又可分为有刷电机、无刷电机和步进电机等类型。

有刷电机

直流有刷电机是最常见的电机种类，广泛应用于家电、汽车和工业设备中。它主要由定子、转子、电刷和换向器组成。

当在电刷两端施加电压时，电流通过换向器流向线圈，电刷与换向器的位置关系将改变电流流过线圈的方向，以此改变线圈的磁极方向。电机的转速由施加在电刷的电压电平控制，并随着电压的升高而提升，通常将由基于开关的PWM（脉宽调制）信号来控制转速。电机的旋转方向由电刷上的电压方向而决定，通过H桥电路控制实际电压的方向。直流有刷电机的控制系统IC内置了PWM电路和H桥电路和其他安全功能。

有刷电机易于控制，制造成本也较低，但是由于电刷的存在，电机在运转时电刷与转向器摩擦会产生电磁噪音，机械磨损也会限制电刷的使用寿命，需要定期维护或者更换。

无刷电机

和有刷电机不同的是，无刷电机将线圈电磁铁用于定子，将永磁铁用于转子，并且在结构上更加精简，它主要由定子、转子和用于检测转子位置的霍尔传感器组成。

控制电路通过控制线圈电流的方向并根据位置传感器检测到的转子的位置来旋转电机，转子的位置决定了线圈电流方向并由霍尔传感器输出的信息显示。霍尔传感器输出的转子位置信息也将决定控制电路中的开关闭合情况，实现控制反馈。电机的驱动方式主要有方波驱动和正弦波驱动等方式。根据电机的驱动方式、电机类型、尺寸以及内置的安全功能的不同需要配置相对应的系统IC。

由于省去了电刷，无刷电机旋转时的能量损耗更少，转换效率更高，具有噪音低和寿命长的特点，可实现稳定的速度控制，通常用于需要可靠性高和连续的工作应用。但由于要施加额外的控制电路，也增加了设备的制造难度和成本。

步进电机

一般电机都是连续旋转，而步进电机却是一步一步转动的，即每接收一个脉冲信号，该电机便将其转化成与之相对应的或直线位移。步进电机一般由前后端盖、轴承、中心轴、转子铁芯、定子铁芯、定子组件、波纹垫圈、螺钉等部分构成。

步进电机是将电脉冲信号转变为角位移或线位移的开环控制元步进电机件，通过控制施加在电机线圈上的电脉冲顺序、频率和数量，可以实现对步进电机的转向、速度和旋转角度的控制。配合以直线运动执行机构或齿轮箱装置，更可以实现更加复杂、精密的线性运动控制要求。步进电机的角位移量与输入的脉冲个数严格成正比，而且在时间上与脉冲同步。因而只要控制脉冲的数量、频率和电机绕组的相序，即可获得所需的转角、速度和方向。

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