1.2 电机的基本概念及分类

从电机的发展历史可以看到，无论是哪种形式的电机，它的本质都是用于电能与机械能之间相互转换的。一般人们把用于将电能转换为机械能的电机称为电动机，把用于将机械能转换为电能的电机称为发电机。当然，根据1.1节介绍的电动机与发电机的可逆性，电动机与发电机的工作状态并不是绝对的。一般用平面直角坐标系的4个象限描述电机的工作状态，如图1-2所示。

图1-2 电机的工作状态四象限

在该坐标系中，横轴为电机转速，纵轴为电机输出电磁转矩。一般定义转速转矩之积为正时，代表电机输出机械功率为正，反之为负。当输出机械功率为正时，电能转化为机械能，为图中第一、三象限，电机处于电动机运行状态；反之，第二、四象限电机输出机械功率为负，处于发电机运行状态。

电机除了可以被分为电动机和发电机两大类之外，还有多种分类方式。

根据电机的运动形式，可以将其分为旋转电机、直线电机和平面电机等。人们一般见到的电机属于旋转电机，它通过转子旋转输出或输入机械能；在直线电机中，其运动部件由转子变为了动子，动子通过直线运动输出或输入机械能。直线电机在自动控制领域应用较广，因为一般的运动控制都是直线运动，所以若由直线电机直接驱动，则可以获得更快的动态响应速度。人们在生活中看到的磁悬浮列车就是直线电机应用的典型代表，可以发现磁悬浮列车上并没有驱动轮等旋转驱动部件，它直接通过轨道磁场与列车磁场的相互作用，实现列车的悬浮和驱动。

按照电机的原理或者电源分类，可以将其分为直流电机和交流电机。直流电机即直接用直流电源供电的电机。直流电机虽然控制简单，但受到机械换向器的限制，并不适用于高速、大功率的场合，且可靠性和耐久性也不如交流电机，所以正在逐步被交流电机所取代。交流电机即直接用交流电源供电的电机，交流电机又分为交流异步电机（或称为感应电机）和交流同步电机。交流电机的分类将在7.3节中详细讨论。

不同类型电机优缺点的比较一直是电机应用领域关注的一个焦点，这里给出一组对车用驱动电机的评估结果（满分为5分），见表1-1。该结果参考了2006年文献［7］的研究，但编者根据近年来技术变化的趋势也对个别评分项进行了改动。表1-1中分数越高，代表该项性能越具优势。电机的各项性能不仅与其类型有关，还与设计、材料、工艺及控制策略等一系列复杂的因素有关，所以不同类型电机之间的比较没有明确的界限，表1-1中的结果只是总体趋势的一个参考比较数值。

表1-1 车用驱动电机评估表