伺服電機的基本概念

伺服電機（servo motor）是指在伺服系統(tǒng)中控制機械元件運轉(zhuǎn)的發(fā)動機，是一種補助馬達(dá)間接變速裝置。

一、基本結(jié)構(gòu)

定子：定子主要由鐵芯和繞組組成。鐵芯通常采用高導(dǎo)磁率的硅鋼片疊壓而成，目的是減少渦流損耗。繞組則是產(chǎn)生磁場的關(guān)鍵部分，根據(jù)電機類型（如交流伺服電機和直流伺服電機），繞組的結(jié)構(gòu)和連接方式有所不同。在交流伺服電機中，定子繞組產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)磁場，驅(qū)動轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動；在直流伺服電機中，定子繞組（磁極）產(chǎn)生固定磁場。

轉(zhuǎn)子：對于直流伺服電機，轉(zhuǎn)子是電樞，由鐵芯、繞組和換向器組成。繞組通過換向器與外部電源相連，在磁場作用下產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩。而交流伺服電機的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)較為多樣，常見的有籠型轉(zhuǎn)子和非磁性杯型轉(zhuǎn)子?；\型轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)簡單，和普通異步電動機的轉(zhuǎn)子類似，制造工藝成熟；非磁性杯型轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量小，響應(yīng)速度快，適用于對動態(tài)性能要求較高的場合。

二、工作原理

直流伺服電機：直流伺服電機的工作原理基于電磁力定律。當(dāng)在電樞繞組中通入直流電流時，根據(jù)左手定則，電樞繞組會受到電磁力的作用。由于換向器的作用，電樞繞組中的電流能夠適時地改變方向，使得電磁力的方向始終保持一致，從而驅(qū)動轉(zhuǎn)子持續(xù)旋轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)速與電樞電壓成正比，轉(zhuǎn)矩與電樞電流成正比。例如，在一個簡單的機器人關(guān)節(jié)控制中，通過改變電樞電壓就可以控制電機的轉(zhuǎn)速，從而實現(xiàn)關(guān)節(jié)運動速度的調(diào)節(jié)。

交流伺服電機：交流伺服電機主要是利用旋轉(zhuǎn)磁場的原理工作。以三相交流伺服電機為例，當(dāng)定子的三相繞組通入三相交流電流時，會在電機內(nèi)部產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場。這個旋轉(zhuǎn)磁場以同步轉(zhuǎn)速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)子在旋轉(zhuǎn)磁場的作用下，會跟隨旋轉(zhuǎn)磁場同步旋轉(zhuǎn)。其轉(zhuǎn)速與電源頻率和電機的極對數(shù)有關(guān)。實際應(yīng)用中，通過改變控制信號（如矢量控制）來調(diào)節(jié)電機的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)矩，以滿足不同的負(fù)載需求。

三、特點

精度高：伺服電機能夠精確地控制位置、速度和轉(zhuǎn)矩。其位置精度可以達(dá)到很高的水平，例如，在數(shù)控加工設(shè)備中，伺服電機可以將刀具的位置精度控制在微米級別，這對于加工高精度的零件是至關(guān)重要的。

響應(yīng)速度快：伺服電機的轉(zhuǎn)子慣量小，能夠快速地響應(yīng)控制信號的變化。當(dāng)接收到控制信號后，它可以在很短的時間內(nèi)達(dá)到設(shè)定的速度或位置。比如在自動化生產(chǎn)線上的高速分揀設(shè)備中，伺服電機可以快速地驅(qū)動機械臂完成分揀動作，提高生產(chǎn)效率。

過載能力強：一般情況下，伺服電機可以在短時間內(nèi)承受數(shù)倍于額定轉(zhuǎn)矩的過載。這使得它在一些需要克服較大啟動阻力或突加負(fù)載的場合能夠正常工作。例如在機床的切削過程中，當(dāng)?shù)毒哂龅接颤c時，伺服電機能夠提供足夠的轉(zhuǎn)矩來保證加工的連續(xù)性。

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