2.1 直流电机的结构与参数
直流电机可以说是最便宜、最常见的电机种类，它的尺寸种类繁多，有小到能装到手机里的，也有大到能驱动大客车的。在业余条件下，制作智能小车一般选用有刷直流电机，无刷直流电机虽然效率高、性能好，但是价格贵，控制器制作复杂，一般不会选用。
有刷直流电机的基本结构如图2.1所示，由定子、转子以及电刷组成，工作原理也很简单。小型有刷直流电机的定子一般是由两块U形或一块环形永磁体组成，固定在外壳，并提供磁场，中心是转子，转子上有奇数对的线圈绕组，每一绕组与转子轴上的金属换向器相连，而金属换向器又与外壳上的一对电刷相接触，如图2.2所示。在电机运转的某一时刻，只有两组绕组A、C会通过电刷得电，绕组通电后产生磁场，而这时它会和一块永磁体排斥，而与另一块永磁体吸引，绕组便会带动整个转子转动，转到下一位置，这时换向器让其中一组绕组失电，而B组这时会得电，也就是说电刷会轮流让每组绕组得电，使得电机内的磁场力得不到平衡，不停地旋转。
图2.1 拆开的有刷直流电机
图2.2 换向器连接示意图
有刷直流电机的工作电压范围比较宽，通常小型的有刷直流电机，额定工作电压一般有3V、6V、9V、12V、24V等，工作电压越大，电机的体积也会越大，也会有同样体积的电机而有不同工作电压的型号选择。电机工作电压的选定一般会依据所使用的电源电压去选择，制作小型的智能小车时，电源使用的只能是电池组，电压一般在3~12V，主控板使用的电压通常是5V（也有3.3V），这需要电池组稳压后得到，所以电池组一般会选择使用9V或12V，那么选择电机时最好也选用这些电压，这样不需要为电机提供额外的工作电压。还有更好的办法，就是单独为电机提供一组专用的电池作为工作电源，这也是一种避免控制电路受电机影响的常用方法，不过多一组电池也会增加小车的重量，加重电机的负载。
在一定范围内，直流电机输入电压低于或高于额定的工作电压也是可以正常运转的，只是输出转矩和速度都会有所下降，也就是机械输出功率和输入电压会成正比例关系。一般来说，直流电机的输入电压不要低于额定工作电压的一半，不要高于额定工作电压的1.2倍。要输出同样的功率，12V的电机所需要的电流是24V电机的2倍，这在选择时也是需要注意的。
在选定直流电机的工作电压后，还需要选择电流，电机的供应商一般会给出一个电机的空载电流，这是指电机没有带负载空转工作时的电流，而电机实际工作中还会遇到一个堵转电流，也就是说电机在遇到障碍不能转动时产生的电流。这个堵转电流，电机供应商一般不会给出，如果需要测量，可以在电机空转时用工具夹住输出轴，使其堵转，这时测得的电流就是堵转电流，要注意堵转的时间不应过长，以免电机发热损坏。直流电机带载工作时的需求电流和连续工作时间，是确定电池容量大小的关键，一般会用直流电机堵转电流的20%~50%来作为工作需求电流计算。
要衡量一只直流电机是否“强劲”，通常可以看它的转矩参数。转矩就是距轴心一定半径距离上所输出的切向力。转矩的单位为牛顿·米（N·m）。如果一个电机的输出转矩为1N·m，也就相当于在轴心上安装一个半径1m的大圆盘，而电机带着圆盘的边缘挂着0.1kg重物顺利旋转。小型直流电机在没有加装减速装置时转矩都比较小，负载力低，除了要制作要求速度的格斗、竞速机器小车外，一般不会直接使用没有减速装置的直流电机。
国内供应商一般会为了方便爱好者把转矩单位牛顿·米（N·m）转化成千克力·厘米（kgf·cm）。9.8N·m=1kgf·m，知道这个公式就可以自由转化所需要的单位。转矩是和距离成反比的，距离轴心越远得到的转矩就越小，所以这在选取电机或轮子大小时都需要考虑，轮子越大，所得到的切向力越小，负载能力也就越小。
转速带来的速度可能是智能小车给人最直观的印象，它也是直流电机选择的一项关键指标。供应商通常会给出一个以r/min为单位的数据，也就是“转/每分钟”，小型直流电机在没有安装减速装置时的最高转速一般会在5000~20000r/min，使用公式Vr=VmDπ/60，就可以计算出电机带动轮子时的速度。Vr为机器人的速度，Vm是电机的转速，D为轮子直径，D乘上圆周率则是轮子的周长。我们来计算一下，一个10000转的直流电机带动一只直径4cm的轮子，所能产生的速度是多少——10000×0.04×3.14/60=20.9m/s，也就是说，这时机器人的速度会达到20.9m/s。
这个速度对于一个运行在室内的智能机器小车来说太快了，一般运行在室内的机器小车速度在0.1~0.5m/s，所以在选择电机和轮子时也可以此为参考。使用降低电压的方法或使用PWM方式调速都可以让电机在不附加机械装置的情况下得以减速，但这些方式都会导致输出转矩下降，甚至会让电机无法带载。那么，要想在不减少转矩的情况进行减速，就要使用到机械式的减速装置，可以使用齿轮、蜗轮、蜗杆、皮带等组成减速器。一般最常用的是齿轮组减速器。