常用电机类型及其特点对比

1. 直流电机

直流电机里边固定有环状永磁体，电流通过转子上的线圈产生安培力，当转子上的线圈与磁场平行时，再继续转受到的磁场方向将改变，因此此时转子末端的电刷跟转换片交替接触，从而线圈上的电流方向也改变，产生的洛伦兹力方向不变，所以电机能保持一个方向转动。

1.1 直流有刷电机：低功率机器人（轮式底盘、玩具机器人）

依靠电刷和换向器的机械接触实现电流方向切换，定子通常为永磁体或电磁铁，转子绕组通过换向器与电刷接触，形成旋转磁场驱动电机。 ‌

• 结构简单，成本低，控制方便
• 电刷易磨损，寿命较短，运行时可能产生电火花和噪音
  

1.2 直流无刷电机（无人机、工业机器人、电动工具）

采用电子控制器（如PWM）检测转子位置，通过半导体开关（如MOS）控制定子绕组通电顺序，无需物理接触部件。

• 无电刷，寿命长，效率高，噪音低。
• 需电子换向，控制复杂度较高。
  

2. 交流电机

交流电机的工作原理基于电磁感应和旋转磁场。定子绕组通入三相交流电后产生旋转磁场，转子导体在旋转磁场中切割磁感线，产生感应电动势和电流。这些电流在磁场中受到洛伦兹力作用，形成电磁转矩驱动转子旋转。由于转子转速低于旋转磁场的同步转速，存在滑差，确保持续切割磁感线维持电流与转矩‌

2.1 交流异步电机（工业泵机、风机、重型机械）

转子通常由铜或铝的导体材料制成，固定在电机轴上‌，基于相对运动的磁场产生感应电动势。当定子绕组通过交流电源供电时，会产生旋转磁场，带电的转子在定子旋转磁场里受力，跟着定子磁场向相同方向旋转，由于转子的非同步性，转子开始旋转，因此称为“异步”电机‌。

• 结构简单，可靠性高，成本低，适合大功率场景。
• 调速性能较差，需搭配变频器实现高效控制。
  

2.2 交流永磁同步电机（电动汽车驱动、高精度工业伺服系统）

转子上嵌入永磁体（稀土磁体），这些永磁体产生一个恒定的磁场，当定子绕组通过交流电源供电时，会产生旋转磁场，转子放进定子后，定子的磁场要比转子磁场强很多，利用定子绕组产生的磁场与永磁体的磁场同步，电机以同步速度实现运动。

• 永磁体励磁，效率高（90%-95%），功率密度大。
• 依赖稀土材料，高温可能退磁。
  

3. 步进电机：需要精确步进控制场景（3D打印机、数控机床、简易机械臂）

一种专门用于速度和位置精确控制的特种电机，以固定的角度（步距角）一步一步旋转运行，故称步进电机，特点是没有累积误差，接收到控制器发来的每一个脉冲信号，在驱动器的驱动下电机运转一个固定的角度。

• 开环控制，通过脉冲信号精准控制角度位移，无累积误差。
• 低速时扭矩大，但高速性能差，易产生振动和噪音。

4. 伺服电机：高精度自动化设备（工业机械臂、协作机器人）

通过闭环控制系统，将指令信号与反馈信号对比并调整输出，电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行实时比较，调整转子转动的角度，从而实现精确控制。

• 闭环控制，支持位置、速度、力矩三环反馈，精度高、响应快。
• 过载能力强（可达3倍额定扭矩），动态响应时间短（毫秒级）。
• 成本较高，机械结构复杂。
  

5. 直线电机（磁悬浮列车、高速数控机床、物流分拣机器人）

通过将封闭式磁场展开为开放式磁场的方式，当电流通入定子绕组后，会产生沿纵向方向正弦分布的气隙磁场。随着三相电流的变化，这个气隙磁场会按照交流电的相序沿直线定向移动，形成行波磁场。动子导体在行波磁场的切割下会产生电动势，进而形成定向感应电流。在定子和动子的感应电流与磁场的共同作用下，会产生纵向电磁推力。如果定子保持固定，那么动子就会沿着行波磁场的运动方向做直线运动。

• 直接输出直线运动，无需传动机构，速度高、精度高。
• 能耗较高，成本昂贵。
  

6. 无框力矩电机（仿人机器人关节、手术机器人、协作机械臂）

跟普通伺服电机以输出功率为评价指标不同的是，无框力矩电机更偏向以输出扭距为衡量指标。无框力矩电机仅包含传统电机中用于产生转矩和速度的转子和定子，但没有轴、轴承、外壳、反馈或端盖。转子由带永磁体的旋转钢圆环构成，直接安装在机器轴上，定子紧凑地安装在机器外壳的主体内。

• 无传统框架结构，体积紧凑，齿槽转矩极低，适合高动态响应场景。
• 高转矩密度、高刚度、效率高、结构紧凑、静音