直流伺服电机的工作原理

    直流伺服电机的工作原理与普通直流电动机相同。但是从工作情况看，普通直流电动机多为长时间连续运行，而伺服电机则经常正转、反转、停转等几种情况间断和交替进行；从控制方式看，普通直流电动机常用励磁控制，而伺服电机则多用电枢控制；从职能看，普通电动机用于能量转换，而伺服电机则用于信息转换。

    直流伺服电机定子磁场产生方式可分为永磁式和他励式两类，它们的性能相近。由于永磁式直流伺服电机不需要外加励磁电源，因而在机电一体化伺服系统中应用较多。

    直流伺服电机按电枢的结构与形状可分成平滑电枢型、空心电枢型和有槽电枢型等。平滑电枢型的电枢无槽，其绕组用环氧树脂粘固在电枢铁心上，因而转子形状细长，转动惯量小；空心电枢型的电枢无铁心，常做成杯形，其转子转动惯量小；有槽电枢型的电枢与普通直流电动机的电枢相同，因而转子转动惯量较大。

    直流伺服电机还可按转子转动惯量的大小分成大惯量、中惯量和小惯量三种直流伺服电机。大惯量直流伺服电机（又称直流力矩伺服电机）负载能力强，易与机械系统匹配：小惯量直流伺服电机的加减速能力强、响应速度快、动态特性好。

    直流伺服电机的控制方式主要有两种：一种是电枢电压控制，即在定子磁场不变的情况下，通过控制施加在电枢绕组丽端的电压信号来控制电动机的转速和输出转矩；另一种是励磁磁场控制，即通过改变励磁电流的大小来改变定子磁场强度，从而控制电动机的转速和输出转矩。

    采用电枢电压控制方式时，由于定子磁场保持不变，其电枢电流可以达到额定值，相应的输出转矩也可以达到额定值，因而这种控制方式实现最为方便。如果电动机通过执行机构所驱动的是恒转矩负载，则这种调速方式调节前后电枢电流不变。而采用励磁磁场控制方式时，由于电动机在额定运行条件下磁场已接近饱和，因而只能通过减弱磁场的方法来改变电动机的转速。由于电枢电流不允许超过额定值，因而随着磁场的减弱，电动机转速增加，但输出转矩下降，输出功率保持不变，所以这种方式又被称为恒功率调速方式。

    机电一体化伺服系统中通常采用永磁式直流伺服电机，因而只能采用具有恒转矩调速特点的电枢电压控制方式，这与伺服系统所要求的负载特性也是吻合的。

    直流伺服电机具有响应迅速、精度和效率高、调速范围宽、负载能力大、输出功率约为1~600 W、控制特性优良等优点；缺点是直流伺服电机的换向器和电刷使用寿命低、安全性差、维护困难。

    随着电子技术的发展，出现了采用电子器件换向的新型直流伺服电机，它取消了传统直流伺服电机上的电刷和换向器，故称为无刷直流伺服电机。由于这种电动机的性能达到了直流伺服电机的水平，又取消了换向器及电刷部件，使电动机寿命提高了一个数量级，因此引起了人们很大的兴趣。