伺服电机是对电机进行补充的间接变速装置,是指控制伺服系统中机械部件运转的发动机。伺服电机可以将电压信号转换成转矩和速度来驱动被控对象,可以准确控制速度和位置。伺服电机的转子速度由输入信号控制,可以快速响应,具有机电时间常数小、启动电压、线性度高等特点,在自动控制系统中,用作执行元件,它可以将接收到的电信号转换成电机轴上的角位移或角速度并输出。
直流伺服电机分为有刷电机和无刷电机:有刷电机结构简单、成本低、调速范围宽、起动转矩大、控制容易,需要维护,但维护方便(换碳刷),因此它可用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机具有产量大、重量轻、体积小、速度高、响应快、惯性小、转动平稳、转矩稳定等优点,控制复杂、易于实现智能化,其电子换向方式灵活,可以是方波换向,也可以是正弦波换向。电机效率高、免维护、电磁辐射小、工作温度低、使用寿命长,可在各种环境下使用。DC伺服电机可用于火花机、机械手、精 密机床等,同时可配2500P/R标准编码器和高解析的速度表,还可配减速器,为机械设备带来可靠的精度和高扭矩。直流伺服电机调速好、单位重量体积小、输出功率高,比交流电机大,远远超过步进电机,多级结构的力矩波动较小。
交流伺服电机也是无刷电机,分为同步电机和异步电机。目前运动控制一般采用同步电机,功率范围大,可以实现很大的功率。交流伺服电机惯性大、转速高、转速低,随着功率的增加迅速降低,因此适合低速稳定运行。交流伺服电机的定子结构与电容分相单相异步电机的定子结构基本相似,它的定子装有两个位置相差90的绕组,一个是励磁绕组Rf,始终接交流电压Uf;另一个是连接到控制信号电压Uc的控制绕组L。因此,交流伺服电机也称为双伺服电机。交流伺服电机的转子通常采用鼠笼式,但是为了使伺服电机具有宽调速范围、线性机械特性、无“自转”现象和快速响应性能,它与普通电机相比应具有转子电阻大和转动惯量小两个特点。
伺服电机内部的转子是一个磁铁,驱动器控制的U/V/W三相电形成一个电磁场,转子在这个磁场的作用下旋转。同时,电机的编码器将信号反馈给驱动器,驱动器将反馈值与目标值进行比较,调整转子的旋转角度,伺服电机的精度取决于编码器的精度。