步进电机和空心杯电机区别(空心杯与无刷电机哪个好)

1. 电机大分类

本来电机就有很多种，命名比较混乱。如何理解各种电机之间的区别？下面这些电机有点太大了。你能理解每一个吗？

例如：交流异步、永磁同步、交流感应、磁阻电机、反应式步进、永磁步进、混合式步进、空心杯、DC刷、BLDC、PMSM、伺服电机、两相步进、三相步进。

但是不懂也没关系。本文的目的不是解释各种电机。说实话，很多电机编辑其实都没见过。希望大家看完之后不要再纠结于此，而是对电机运行的本质有更深入的理解。

2. 电机如何转动

无论电机有多少种模式，都会归结到一个基本原理，就是磁铁的异极相吸，同极相斥。如下图所示，当中圆磁铁和边方磁铁在这样的位置时，处于不平衡状态。中间圆形磁铁的S极被方形磁铁的N极吸引，N极被方形磁铁的N极排斥，从而逆时针旋转，直到S极和N极相互靠近后停止。

如果我们沿着虚线水平旋转方形磁铁，圆形磁铁也会随之旋转。电机的关键是如何产生两个相互吸引的部分，在吸引力的作用下旋转。旋转的部分叫转子，转子通过引力旋转后会达到平衡。如果你想让转子持续旋转，你需要在一个新的位置吸引它。

还有一种电机，它不是依靠磁极间的引力，而是依靠另一个特性，即磁力线总是通过磁阻最小的路径。就像电流总是寻找最小的电阻路径。如下图右侧所示，转子的长轴与磁力线方向一致，在这种状态下磁力线的磁阻最小。如左图所示，如果转子旋转一个角度，磁力线的路径会变长，磁阻会变大。此时磁力线会在转子上产生扭矩，将转子推回原来磁阻最小的位置。

电机的非旋转部分称为定子，旋转部分称为转子。转子内，定子外称为内转子，反之亦然，转子在外，中间部分为定子。定子和转子的磁场可以由流过励磁线圈的电流产生，也可以一个由电流产生，一个由永磁体产生。

再来说说同步和异步。交流感应电机是一种历史悠久的电机。这种电机的定子中激励出三相交流电，产生的磁场是一个交变电流频率的旋转磁场。在静止状态下，鼠笼式转子开始切割磁力线形成电流，电流又产生磁场，磁场与定子磁场相互作用，开始旋转。但转子的速度总是滞后于定子中磁场的旋转速度，因为一旦两者速度相同，定子就不再切割磁力线，从而失去动力。转子和定子之间总是有一定的速度差，因为不同步旋转，所以称为异步电动机。

如果转子利用永磁体或励磁电流产生磁场，可以随着定子磁场的旋转而旋转，这种电机称为同步电机。永磁同步电机(PMSM)是同步电机的一种，目前应用广泛。注意，这里的同步不是指转子的转速与定子磁场的转速同步，因为转子的转速与它有多少对磁极有关。如果是一对磁极，转子的转速等于定子磁场的转速。如果定子有两对磁极，其转速是定子磁场转速的一半。

3. 常见直流电机

在嵌入式领域，大部分是DC汽车。我们来拆解一些常用的，有一些直观的感受。

刷DC电机，刷DC电机。定子是永久磁铁，转子是线圈。通电后，线圈在磁场的作用下旋转。转弯后

在下图中，我们会看到一种叫做碳刷的东西。它的一端接电源的正负极，另一端压在换向器上。随着换向器的转动，通电线圈的切换完成。碳的缺点是产生噪音、火花、磨损和寿命短。因此，目前的趋势是用电子换向取代这种机械换向，即BLDC(无刷DC电机)。

看看另一个有大量电极的DC发动机。这是我们在另一篇关于豆浆机原理的文章中提到的电机。虽然豆浆机是由220交流供电，但其中使用的电机是DC电机。20 V交流电经过整流后转换成DC，通过碳刷直接施加到电机的线圈上。它的电极数量多，所以扭矩也大。

杯形电机属于DC有刷电机。它的转子没有铁芯，所以转动惯量小，响应快。它的体积可以做得很小，广泛应用于飞机、聚焦、仪器仪表等。下图是一个直径7mm，长16mm的716空心杯。

步进电机，下图为两相混合式步进电机。可以看到有八个绕组，分为A、B两相，1 3 5 7为一相，2 4 6 8为一相。这些小齿均匀分布在定子和转子上。A B相通电时，定子和转子上不同极性的小齿交错排列，带动转子转动。它的控制也很简单。通过交-交脉冲的交替，可以驱动转子步进旋转，步进角为1.8。

无刷直流(BLDC)和永磁同步(PMSM)

一般我们习惯上把采用霍尔传感器测量转子位置，反电动势为梯形波，六步换相控制的电机称为DC无刷。编码器用于测量转子位置，反电动势为正弦波，采用矢量控制(FOC)的电机称为永磁同步。其实很多BLDC的反电动势并不是标准的方波，而是接近正弦波，也可以矢量控制。同样，永磁同步也可以通过六步换相来控制。此外，永磁同步也是由DC供电，而且必须是无刷的。

矢量控制的永磁同步电机转矩脉动小，旋转稳定，低速时能输出大转矩。然而，DC无刷电机控制简单，成本较低。下图为带磁性编码器的永磁同步电机。更高端的电机大多采用光电编码器，可以更高精度的输出转子位置，让控制器更精确的控制转子旋转。

伺服电机，其实很难说哪个电机是不是伺服电机。伺服本身指的是一个系统，能够根据输入精确快速地控制转子的位置和速度。下面这种电机，带光电编码盘，与电机的驱动控制器集成在一起，可以通过外部给脉冲电平信号来控制其运行。

4. 结束语

电机种类太多了。我们列举这些例子，希望能帮助你了解电机。今后，我们将选择一些典型的电机，更详细地讨论它们的原理以及如何控制它们。有兴趣的可以星我们的微信官方账号。