永磁交流伺服電動機
20世紀80年代以來，隨著集成電路、電力電子技術(shù)和交流可變速驅(qū)動技術(shù)的發(fā)展，永磁交流伺服驅(qū)動技術(shù)有了突出的發(fā)展，各國著名電氣廠商相繼推出各自的交流伺服電動機和伺服驅(qū)動器系列產(chǎn)品并不斷完善和更新。交流伺服系統(tǒng)已成為當代高性能伺服系統(tǒng)的主要發(fā)展方向，使原來的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以后，世界各國已經(jīng)商品化了的交流伺服系統(tǒng)是采用全數(shù)字控制的正弦波電動機伺服驅(qū)動。交流伺服驅(qū)動裝置在傳動領(lǐng)域的發(fā)展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優(yōu)點有:
⑴)無電刷和換向器，因此工作可靠，對維護和保養(yǎng)要求低。―⑵定子繞組散熱比較方便。⑶慣量小，易于提高系統(tǒng)的快速性。(4)適應于高速大力矩工作狀態(tài)。
(⒂同功率下有較小的體積和重量。
自從德國MANNESMANN的Rexroth公司的Indramat分部在1978年漢諾威貿(mào)易博覽會上正式推出MAC永磁交流伺服電動機和驅(qū)動系統(tǒng)，這標志著此種新一代交流伺服技術(shù)已進入實用化階段。到20世紀80年代中后期，各公司都已有完整的系列產(chǎn)品。整個伺服裝置市場都轉(zhuǎn)向了交流系統(tǒng)。早期的模擬系統(tǒng)在諸如零漂、抗干擾、可靠性、精度和柔性等方面存在不足，尚不能完全滿足運動控制的要求，近年來隨著微處理器、新型數(shù)字信號處理器(DSP)的應用，出現(xiàn)了數(shù)字控制系統(tǒng)，控制部分可完全由軟件進行，分別稱為搠朧只疹或摶旌鮮豁、撒只疹的永磁交流伺服系統(tǒng)。
到目前為止，高性能的電伺服系統(tǒng)大多采用永磁同步型交流伺服電動機，控制驅(qū)動器多采用快速、準確定位的全數(shù)字位置伺服系統(tǒng)。典型生產(chǎn)廠家如德國西門子、美國科爾摩根和日本松下及安川等公司。
日本安川電機制作所推出的小型交流伺服電動機和驅(qū)動器，其中D系列適用于數(shù)控機床（ 轉(zhuǎn)速為100Or/min，力矩為0.25~2.8N.m)，R系列適用于機器人( 轉(zhuǎn)速為3000r/min，力矩為0.016~0.16N.m)。之后又推出M、F、S、H、C、G
波驅(qū)動、8051單片機控制改為正弦波驅(qū)動、80C、154CPU和門陣列芯片控制，力矩波動由24%降低到7%,并提高了可靠性。這樣，只用了幾年時間形成了八個系列(功率范圍為0.05~6kW）較完整的體系，滿足了工作機械、搬運機構(gòu)、焊接機械人、裝配機器人、電子部件、加工機械、印刷機、高速卷繞機、繞線機等的不同需要。
以生產(chǎn)機床數(shù)控裝置而著名的日本法那克(Fanuc)公司，在20世紀80年代中期也推出了S系列(13個規(guī)格)和L系列(5個規(guī)格）的永磁交流伺服電動機。L系列有較小的轉(zhuǎn)動慣量和機械時間常數(shù)，適用于要求特別快速響應的位置伺服系統(tǒng)。
日本其他廠商，例如:三菱電動機（HC-KFS、HC-MFS、HC-SFS、HC-RFS和HC-UFS系列)、東芝精機(SM系列)、大限鐵工所(BL系列)、三洋電氣(BL系列)、立石電機(S系列)等眾多廠商也進入了永磁交流伺服系統(tǒng)的競爭行列。
德國力士樂公司(Rexroth)的Indramat分部的MAC系列交流伺服電動機共有7個機座號92個規(guī)格。
德國西門子(Siemens)公司的IFT5系列三相永磁交流伺服電動機分為標準型和短型兩大類，共8個機座號98種規(guī)格。據(jù)稱該系列交流伺服電動機與相同輸出力矩的直流伺服電動機lIHU系列相比，重量只有后者的1/2，配套的晶體管脈寬調(diào)制驅(qū)動器6SC61系列，最多的可供6個軸的電動機控制。
德國博世（BOSCH)公司生產(chǎn)鐵氧體永磁的SD系列(17個規(guī)格）和稀土永磁的SE系列（8個規(guī)格）交流伺服電動機和Servodyn SM系列的驅(qū)動控制器。
美國著名的伺服裝置生產(chǎn)公司Gettys曾一度作為Gould電子公司一個分部(Motion Control
Division)，生產(chǎn)M600系列的交流伺服電動機和A600系列的伺服驅(qū)動器。后合并到AEG，恢復了Gettys名稱，推出A700全數(shù)字化的交流伺服系統(tǒng)。
美國A-B(ALLEN-BRADLEY)公司驅(qū)動分部生產(chǎn)1326型鐵氧體永磁交流伺服電動機和1391型交流PWM伺服控制器。電動機包括3個機座號共30個規(guī)格。
l.D. (Industrial Drives)是美國著名的科爾摩根（Kollmorgen)的工業(yè)驅(qū)動分部，曾生產(chǎn)BR-210、BR-310、BR-510
三個系列共41個規(guī)格的無刷伺服電動機和BDS3型伺服驅(qū)動器。自1989年起推出了全新系列設(shè)計的摻鶼盜祗(Goldline)永磁交流伺服電動機，包括B(小慣量)、M(中慣量)和EB(防爆型）三大類，有10、20、40、60、80五種機座號，每大類有42個規(guī)格，全部采用銨鐵硼永磁材料．力矩范圍為0.84~111.2N.m，功率范圍為0.54~15.7kW。配套的驅(qū)動器有BDS4（模擬型)、BDS5(數(shù)字型、含位置控制)和Smart
Drive(數(shù)字型)三個系列， 連續(xù)電流55A。Goldline系列代表了當代永磁交流伺服技術(shù)最新水平。
蘭的Inland原為Kollmorgen在國外的一個分部，現(xiàn)合并到AEG，以生產(chǎn)直流伺服電動機、直流力矩電動機和伺服放大器而聞名。生產(chǎn)BHT1100、2200、3300三種機座號共17種規(guī)格的SmCo永磁交流伺服電動機和八種控制器。
法國Alsthom集團在巴黎的Parvex工廠生產(chǎn)LC系列（長型）和GC系列(短型〉交流伺服電動機共14個規(guī)格，并生產(chǎn)AXODYN系列驅(qū)動器。
原蘇聯(lián)為數(shù)控機床和機器人伺服控制開發(fā)了兩個系列的交流伺服電動機。其中ABy系列采用鐵氧體永磁，有兩個機座號，每個機座號有3種鐵心長度，各有兩種繞組數(shù)據(jù)，共12個規(guī)格，連續(xù)力矩范圍為7~ 35N.m,2ABy系列采用稀土永磁。6個機座號17個規(guī)格，力炬范圍為0.1~170N.m，配套的是3Ab型控制器。
近年日本松下公司推出的全數(shù)字型MINAS系列交流伺服系統(tǒng)，其中永磁交流伺服電動機有MSMA系列小慣量型，功率從0.03~5kW，共18種規(guī)格;中慣量型有MDMA、MGMA、MFMA三個系列，功率從0.75 ~4.5kW，共23種規(guī)格,MHMA系列大慣量電動機的功率范圍從0.5~5kW，有7種規(guī)格。
韓國三星公司近年開發(fā)的全數(shù)字永磁交流伺服電動機及驅(qū)動系統(tǒng)，其中FAGA交流伺服電動機系列有CSM、CSMG、CSMZ、CSMD、CSMF、CSMS、CSMH、CSMN、CSMX多種型號，功率從15W~5kW.
現(xiàn)在常采用（Powerrate)這一綜合指標作為伺服電動機的品質(zhì)因數(shù)，衡量對比各種交直流伺服電動機和步進電動機的動態(tài)響應性能。功率變化率表示電動機連續(xù)（額定）力矩和轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)動慣量之比.
按功率變化率進行計算分析可知，永磁交流伺服電動機技術(shù)指標以美國I.D的Goldline系列為 ，德國Siemens的IFT5系列次之。伺服電機.原理
一、交流伺服電動機
交流伺服電動機定子的構(gòu)造基本上與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上裝有兩個位置互差90°的繞組，一個是勵磁繞組Rf，它始終接在交流電壓Uf上;另一個是控制繞組L。聯(lián)接控制信號電壓Uc。所以交流伺服電動機又稱兩個伺服電動機。
交流伺服電動機的轉(zhuǎn)子通常做成鼠籠式，但為了使伺服電動機具有較寬的調(diào)速范圍、線性的機械特性，無"自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象和快速響應的性能，它與普通電動機相比，應具有轉(zhuǎn)子電阻大和轉(zhuǎn)動慣量小這兩個特點。目前應用較多的轉(zhuǎn)子結(jié)構(gòu)有兩種形式:一種是采用高電阻率的導電材料做成的高電阻率導條的鼠籠轉(zhuǎn)子，為了減小轉(zhuǎn)了的轉(zhuǎn)動慣量，轉(zhuǎn)子做得細長;另一種是采用鋁合金制成的空心杯形轉(zhuǎn)子，杯壁很兩，僅0.2-0.3mm，為了減小磁路的磁阻，要在空心杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)放置固定的內(nèi)定子.空心杯形轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)動慣量很小，反應迅速,而且運轉(zhuǎn)平穩(wěn)。因此被廣泛采用。
Bait公sn
交流伺服電動機在沒有控制電壓時，定子內(nèi)只有勵磁繞組產(chǎn)生的脈動磁場，轉(zhuǎn)子靜止不動。當有控制電壓時，定子內(nèi)便產(chǎn)生一個旋轉(zhuǎn)磁場，轉(zhuǎn)子沿旋轉(zhuǎn)磁場的方向旋轉(zhuǎn)，在負裁恒定的情況下，電動機的轉(zhuǎn)速隨控制電壓的大小而變化，當控制電壓的相位相反時，伺服電動機將反轉(zhuǎn)。
交流同服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉(zhuǎn)子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與單機異步電動機相比，有三個顯著特點:
1、起動轉(zhuǎn)矩大
由于轉(zhuǎn)子電阻大，其轉(zhuǎn)矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動機的轉(zhuǎn)矩特性曲線2相比，有明顯的區(qū)別。它可使臨界轉(zhuǎn)差率S0>1，這樣不僅使轉(zhuǎn)矩特性(機械特性）更接近于線性，而且具有較大的起動轉(zhuǎn)矩。因此，當定子一有控制電壓，轉(zhuǎn)子立即轉(zhuǎn)動，即具有起動快、靈敏度高的特點。
2、運行范國較廣3、無白轉(zhuǎn)現(xiàn)象
正常運轉(zhuǎn)的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉(zhuǎn)。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態(tài)，由于轉(zhuǎn)子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉(zhuǎn)的旋轉(zhuǎn)磁場與轉(zhuǎn)子作用所產(chǎn)生的兩個轉(zhuǎn)矩特性（T1 - S1、T2 - S2線)以及合成轉(zhuǎn)矩特性（T- S曲線》
交流同服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率為50Hz。電壓有36V、110V、220、380V;當電源頻率為400Hz。電壓有20V、26V、36V、115V等多種。
交流伺服電動機運行平穩(wěn)、噪音小。但控制特性是非線性，并且由于轉(zhuǎn)子電阻大，損耗大，效率低，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大、重星重，所以只適用于0.5-100W的小功率控制系統(tǒng)。
選型方法
與步進電機的性能比較
步進電機作為一種開環(huán)控制的系統(tǒng)，和現(xiàn)代數(shù)字控制技術(shù)有若本質(zhì)的聯(lián)系。在目前國內(nèi)的數(shù)字控制系統(tǒng)中，步進電機的應用十分廣泛。隨若全數(shù)字式交流伺服系統(tǒng)的出現(xiàn)，交流伺服電機也越來越多地應用于數(shù)字控制系統(tǒng)中。為了適應數(shù)字控制的發(fā)展趨勢，運動控制系統(tǒng)中大多采用步進電機或全數(shù)字式交流伺服電機作為執(zhí)行電動機。雖然兩者在控制方式上相似(脈沖串和方向信號)，但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異?，F(xiàn)就二者的使用性能作—比較。
—、控制精度不同
兩相混合式步進電機步距角一般為1.8"、0.9°，五相混合式步進電機步距角一股
為0.72
°、0.36°。也有一些高·性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司〔SANYO
DENKI)生產(chǎn)的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關(guān)設(shè)置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36%r0.18%80.09、0.072"、0.036”，兼容了兩相和五相混合式
Eait a
步進電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準20O0線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其泳沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當-為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655,
步進電機的步距角。
交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉(zhuǎn)編碼器保證。以三洋全數(shù)字式交流伺服電機為例，對于帶標準20O0線編碼器的電機而言，由于驅(qū)動器內(nèi)部采用了四倍頻技術(shù)，其脈沖當星為360° /8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅(qū)動器每接收131072個脈沖電機轉(zhuǎn)一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655,
二、低頻特性不同
步進電機在低速時易出現(xiàn)低頻振動現(xiàn)象。振動頻率與負載情況和驅(qū)動器性能有關(guān)，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻動現(xiàn)象對于機器的正常運轉(zhuǎn)非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術(shù)來克服低頻振動現(xiàn)象，比如在電機上加阻尼器，或驅(qū)動器上采用細分技術(shù)等。
交流伺服電機運轉(zhuǎn)非常平穩(wěn)，即使在低速時也不會出現(xiàn)振動現(xiàn)象，交流伺服系統(tǒng)具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統(tǒng)內(nèi)部具有頻率解析機能（FFT)，可檢測出機械的共振點，便于系統(tǒng)調(diào)整.
三、矩頻特性不同
步進電機的輸出力矩隨轉(zhuǎn)速升高而下降，且在較高轉(zhuǎn)速時會急劇下降，所以其 工作轉(zhuǎn)速一般在300~60ORPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉(zhuǎn)速（一般為20OORPM或30OORPM）以內(nèi)，都能輸出額定轉(zhuǎn)矩，在額定轉(zhuǎn)速以上為恒功率輸出..
四、過載能力不同
步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以山洋交流伺服系統(tǒng)為例，它具有速度過載和轉(zhuǎn)矩過載能力。其 轉(zhuǎn)矩為額定轉(zhuǎn)矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉(zhuǎn)矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉(zhuǎn)矩，便出現(xiàn)了力矩浪費的現(xiàn)象.
五、運行性能不同
步進電機的控制為開環(huán)控制，啟動頻率過高或負載過大易出現(xiàn)丟步或堵轉(zhuǎn)的現(xiàn)象，停止時轉(zhuǎn)速過高易出現(xiàn)過沖的現(xiàn)象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅(qū)動系統(tǒng)為閉環(huán)控制，驅(qū)動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內(nèi)部構(gòu)成位置環(huán)和速度環(huán)，一般不會出現(xiàn)步進電機的丟步或過沖的現(xiàn)象，控制性能更為可靠.
六、速度響應性能不同
步進電機從靜止加速到工作轉(zhuǎn)速〔一般為每分鐘幾百轉(zhuǎn)）需要200 --400亳秒。交流伺服系統(tǒng)的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉(zhuǎn)速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合
綜上所述，交流伺服系統(tǒng)在許多性能方面都優(yōu)于步進電機。但在一些要求不高的場合也經(jīng)常用步進電機來做執(zhí)行電動機。所以，在控制系統(tǒng)的設(shè)計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當?shù)目刂齐姍C。
選型計算方法
一、轉(zhuǎn)速和編碼器分辨率的確認，二、電機軸上負載力矩的折算和加減速力矩的計算.
三、計算負載慣星，慣量的匹配，安川伺服電機為例，部分產(chǎn)品慣星匹配可達50倍，但實際越小越好，這樣對精l度和響應速度好。
四、再生電阻的計算和選擇，對于伺服，一投2kw以上，要外配置。
五、電纜選擇，編碼器電纜雙絞屏蔽的，對于安川伺服等日系產(chǎn)品絕對值同碼器足6芯。增量式是4芯。
安裝使用注意事項
一、伺服電機油和水的保護――A:伺服電機可以用在會受水或油滴侵襲的場所，但是它不是全防水或防油的。因此,同服電機不應當放置或使用在水中或油侵的環(huán)境中。
B;如果伺服電機連接到一個減速齒輪，使用伺服電機時應當加油封，以防止減速齒輪的油進入伺服電機C:伺服電機的電纜不要浸沒在油或水中。
二、伺服電機電纜一減輕應力
A:確保電纜不因外部彎曲力或白身重量而受到力矩或垂直負荷，尤其
是在電纜出口處或連接處.
B:在伺服電機移動的情況下，應把電纜〈就是隨電機配置的那根）牢固地固定到一個靜止的部分〈相對電機)，并且應當用一個裝在電纜支座里的附加電纜來延長它，這樣彎曲應力可以減到最小。
C:電纜的彎頭半徑做到盡可能大。三、伺服電機允許的軸端負載――A:確保在安裝和運轉(zhuǎn)時加到伺服電機軸上的徑向和軸向負載控制在每種型號的規(guī)定值以內(nèi)。
B:在安裝一個剛性聯(lián)軸器時要格外小心，特別是過度的夸曲負載可能導致軸端和軸承的損壞或磨損
C: 用柔性聯(lián)軸器，以便使徑向負載低于允許值，此物是專為高機械強度的伺服電機設(shè)計的。D:關(guān)于允許軸負載。請參閱“允許的軸負荷表”〔使用說明書)。
四、伺服電機安裝注意―A:在安裝/拆卸耦合部件到伺服電機軸端時，不要用錘子直接敲打軸端。（錘子直接敲打軸端，同服電機軸另—端的編碼器要被敲壞)
B:力使軸端對齊到 狀態(tài)〔對不好可能導致振動或軸承投壞}。
直流無刷伺服電機特點
轉(zhuǎn)動慣量小、啟動電壓低、空載電流小;棄接觸式換向系統(tǒng)，大大提高電機轉(zhuǎn)速， 轉(zhuǎn)速高達100、
無刷伺服電機在執(zhí)行同服控制時，天須編碼器也可實現(xiàn)速度、位置、扭矩等的控制
不存在電刷磨損情況，除轉(zhuǎn)速高之外，還具有壽命長、噪音低、無電磁干擾等特點.直流有刷伺服電機特點
1.體積小、動作快反應快、過載能力大、調(diào)速范圍寬
之.低速力矩大波動小，運行平穩(wěn)
3.低噪音,
高效率
4.后端鏡碼器反饋（選配)構(gòu)成直流伺服等優(yōu)點
使用范圍
直流伺服電機可應用在是火花機、機械手．精確的機器等。可同時配譽250OP/R高分析度的標準編碼器及測速器，更能加配減速箱、令機械設(shè)備帶來可靠的準確性及高扭力.
調(diào)速性好，單位重量和體積下，輸出功率 ，大于交流電機，更遠遠超過步進電機。多級結(jié)構(gòu)的力矩波動小作用
直流伺服電機
直流伺服電機,它包括定子、轉(zhuǎn)子鐵芯、電機轉(zhuǎn)軸、伺服電機繞組換向器、伺服電機繞組、測速電機繞組、測速電機換向器,所述的轉(zhuǎn)子鐵芯由矽鋼沖片疊壓固定在電機轉(zhuǎn)軸上構(gòu)成,
直流伺服電機的種類
小慣量直流電機——印刷電路板的自動鉆孔機
中慣量直流電機（寬調(diào)速直流電機）——數(shù)控機床的進給系統(tǒng)
大慣量直流電機——數(shù)控機床的主軸電機
特種形式的低慣量直流電機
直流伺服電機的基本特性
1、機械特性 在輸入的電樞電壓Ua保持不變時，電機的轉(zhuǎn)速n隨電磁轉(zhuǎn)矩M變化而變化的規(guī)律，稱直流電機的機械特性。
2、調(diào)節(jié)特性 直流電機在一定的電磁轉(zhuǎn)矩M（或負載轉(zhuǎn)矩）下電機的穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞的控制電壓Ua變化而變化的規(guī)律，被稱為直流電機的調(diào)節(jié)特性。
3.3、動態(tài)特性 從原來的穩(wěn)定狀態(tài)到新的穩(wěn)定狀態(tài)，存在一個過渡過程，這就是直流電機的動態(tài)特性。
