干货必备！电机、舵机差异剖析，选型从此不纠结

在机械自动化、机器人技术、航模乃至各种智能硬件的设计与制造中，电机和舵机扮演着至关重要的角色。然而，对于初学者乃至经验丰富的工程师来说，电机和舵机的选择常常令人困惑。两者看似都是旋转运动的执行元件，但其工作原理、性能特点和适用场景却有着显著的差异。

一、电机（Motor）：动力之源，持续旋转

电机，广义上指的是将电能转化为机械能的设备。在本文语境中，我们主要讨论的是常用的小型直流电机（DC Motor）和交流电机（AC Motor）。

1.1 电机的工作原理:

无论是直流电机还是交流电机，其核心原理都是基于电磁感应。当电流通过导体（通常是线圈）在磁场中时，会受到力的作用，从而产生旋转运动。

• 直流电机 (DC Motor): 直流电机通过电刷和换向器来改变电枢线圈中的电流方向，从而保证线圈始终受到一个旋转方向的力。其转速与输入电压成正比，扭矩与输入电流成正比。
• 交流电机 (AC Motor): 交流电机则利用交变电流产生变化的磁场，与转子相互作用产生旋转力。交流电机种类繁多，例如感应电机、同步电机等，各有不同的特性和应用场景。

1.2 电机的特性与优势:

• 持续旋转: 电机的主要功能是提供持续的旋转动力，通常用于驱动负载进行连续运动。
• 高效率: 现代电机设计在提高效率方面取得了显著进展，能以较高的效率将电能转化为机械能，减少能量损耗。
• 功率范围广: 电机的功率范围覆盖广泛，从微型电机到大型工业电机，能够满足各种应用场景的需求。
• 结构简单 (直流电机): 直流电机的结构相对简单，易于控制和驱动，成本也相对较低。
• 调速方便 (直流电机): 通过调节输入电压可以方便地控制直流电机的转速。
• 可靠性高 (交流电机): 交流电机尤其是异步电机结构简单，维护成本低，可靠性高，寿命长。

1.3 电机的典型应用:

电机在各种应用中无处不在：

• 工业自动化: 用于驱动机械臂、传送带、泵、风机等。
• 交通运输: 电动汽车、高铁、地铁等都依赖于电机提供动力。
• 家用电器: 电风扇、洗衣机、冰箱等都使用了电机。
• 机器人技术: 用于驱动机器人的关节、轮子等。
• 航模: 为航模的螺旋桨提供动力。

二、舵机（Servo Motor）：精准控制，角度定位

舵机，本质上是一个闭环控制系统，它通过接收控制信号，精确控制输出轴的角度。它并非单纯的电机，而是集电机、减速齿轮箱、位置反馈传感器和控制电路于一体的复杂组件。

2.1 舵机的工作原理:

舵机的核心在于其闭环控制系统。控制信号通常是脉宽调制（PWM）信号，其脉冲宽度决定了舵机需要旋转到的角度。

1. PWM信号输入: 微控制器（MCU）或其他控制电路发送PWM信号至舵机。
2. 控制电路解码: 舵机内部的控制电路解码PWM信号，确定目标角度。
3. 电机驱动: 控制电路驱动电机旋转，电机通过减速齿轮箱驱动输出轴。
4. 位置反馈: 电位器或其他位置传感器检测输出轴的实际角度，并将反馈信号发送回控制电路。
5. 闭环控制: 控制电路比较目标角度和实际角度，调整电机驱动信号，直到实际角度与目标角度一致。

2.2 舵机的特性与优势:

• 精准角度控制: 舵机能够精确控制输出轴的角度，精度通常可以达到1度甚至更高。
• 闭环控制: 舵机采用闭环控制，能够自动校正误差，保证定位精度。
• 集成化: 舵机集成了电机、减速齿轮箱、位置反馈传感器和控制电路，使用方便，无需额外的驱动电路。
• 体积小巧: 舵机通常体积小巧，重量轻，适用于对体积和重量有要求的应用。
• 扭矩大: 经过减速齿轮箱的放大，舵机能够提供较大的扭矩。
• 易于控制: 通常使用简单的PWM信号即可控制舵机。

2.3 舵机的典型应用:

舵机广泛应用于需要精确角度控制的场合：

• 机器人技术: 用于控制机器人的关节运动，实现复杂的动作。
• 航模: 用于控制飞机的副翼、升降舵、方向舵等。
• 遥控玩具: 用于控制玩具车的方向盘、挖掘机的铲斗等。
• 自动化设备: 用于控制阀门、摄像头等设备的角度。
• 云台控制: 用于摄像头的角度控制，实现图像稳定和跟踪。

三、电机与舵机的核心差异对比:

特性	电机 (DC/AC)	舵机 (Servo Motor)
主要功能	提供持续旋转动力	精确角度控制
控制方式	电压/电流/变频器等	PWM信号
控制类型	开环控制 (通常需要额外编码器实现闭环)	闭环控制
旋转范围	无限制（理论上）	通常有限制，例如0-180度
集成度	单纯的动力元件	集电机、齿轮箱、传感器、控制电路于一体
应用场景	需要持续旋转的场合	需要精确角度控制的场合
精度	低（除非使用编码器）	高
定位	无法精确定位	可以精确定位到特定角度
成本	通常较低	相对较高

四、选型指导：如何选择电机或舵机？

在明确了电机和舵机的差异后，选型过程便更加清晰。以下是一些选型时的关键考虑因素：

• 是否需要持续旋转？ 如果需要提供持续的旋转动力，例如驱动轮子、风扇、泵等，那么电机是更合适的选择。
• 是否需要精确的角度控制？ 如果需要精确控制输出轴的角度，例如控制机器人的关节、航模的舵面等，那么舵机是更合适的选择。
• 控制方式的复杂程度: 电机通常需要额外的驱动电路和控制器，而舵机则可以直接使用PWM信号控制，简化了控制系统的设计。
• 精度要求: 对于精度要求较高的应用，舵机是更好的选择，因为它内置了位置反馈和闭环控制。
• 扭矩要求: 根据负载的大小选择合适的扭矩电机或舵机。需要注意的是，舵机的扭矩通常较大，因为经过了减速齿轮箱的放大。
• 体积和重量限制: 如果对体积和重量有严格的限制，需要选择合适的尺寸和重量的电机或舵机。
• 成本预算: 不同的电机和舵机价格差异很大，需要根据预算选择合适的型号。

电机和舵机虽然都是旋转运动的执行元件，但其核心功能、工作原理和适用场景却有着显著的差异。电机主要提供持续的旋转动力，而舵机主要用于精确的角度控制。在选型时，需要根据实际应用的需求，综合考虑各个因素，才能做出最合适的选择。