伺服电机是啥？是时候科普一下交流伺服电机了

伺服电机的基本概念大家百度随手可得，有多种解释和分类，本文仅介绍交流旋转伺服电机，最常见的那种！

伺服电机基本概念

交流伺服电机一般长这个样子：

图1：交流伺服电机

普通电机，或三相异步电机一般长这样：

图2：三相异步电机

伺服电机的小模样是否很精致，条是否很顺？

可but，工业圈没有娱乐圈那么乱，颜值控是行不通的，不同电机各有各的特点，只是应用场合不同，请严肃点！

回到伺服电机，其应用特点主要是：可进行位置控制，控制精度高，动态响应性好，高速性能好等。

吊一下书袋先，交流伺服电机全称：交流永磁同步伺服电机，英文简称PMSM(permanentmagnet synchronous motor)，其结构如图3所示：

图3：交流伺服电机的结构示意

“交流永磁同步伺服电机”的概念分解：

交流：伺服电机的定子中通的是三相正弦交流电(PWM调制)，用于励磁，产生旋转磁场。

永磁：伺服电机的转子表面贴的是永磁磁铁。

同步：运转时，转子的转速与定子中产生的旋转磁场的转速相同，即保持同步。这一点不同于感应电机，感应电机运行的条件是转子与定子磁场的回转速度有个差值（转差率），转子依靠此转差切割磁力线产生转矩。

伺服：电机后有编码器，其反馈信号与驱动器形成闭环控制，因此称为伺服。

电机轴贯穿转子，编码器安装在电机轴末端，编码器码盘与电机轴一起旋转。编码器信号由“编码器接头”引出，把反馈信号输出给伺服驱动器，形成闭环。

伺服电机的“动力电源”接口，连接伺服驱动器的“U V W”三相线。驱动器通过此接口，把三相交流电灌入伺服电机的三相定子绕组线圈。

伺服电机基本工作原理

由以上内容可知，伺服电机的典型组成是一个采用三相分布的绕组的定子，具有永磁磁铁的转子和一个可检测转子位置的位置传感器组成。给定子输入三相交流电流时，在定子中会产生旋转磁场。转子由永磁铁组成，自带转子磁场。转矩由定子磁场和转子磁场之间的吸引和排斥产生。在伺服电机的运行过程中，当这两个磁场互相垂直时，产生的转矩最大。

伺服电机的闭环控制算法，主要是控制注入定子的三相交流电的幅值与频率，使定子磁场与转子磁场垂直，从而实现精确的控制（位置、速度或扭矩）。

如图4所示，控制回路的输入是控制指令、电流反馈和位置反馈，输出是逆变器的开关逻辑控制信号，从而控制逆变器的电流输出。

图4：交流伺服电机的控制

是不是很简单，搞销售的也想回来搞伺服？先不要这么乐观，下边先来点理论知识。

电磁铁基本理论

将导线绕成一个线圈，通入电流即可以构成一个电磁铁。线圈中加入铁心，磁场会变得很强。磁通线产生一个N磁极，一个S磁极。N极和S极的方向由电流方向决定（右手定则，是否忘了？不过不重要，反正不用参加高考了），如图5所示：

图5：电磁铁基本原理

如果把绕组做到电机定子上，即可在定子上产生磁极。如图6所示：

图6：定子绕组示意

如果在N极和S极之间插入磁铁棒，如下图所示，磁铁棒受定子磁场的吸引，就有顺时针旋转的趋势。电机转矩就是依靠定子和转子之间的磁力产生，如图7所示：

图7：定子驱动转子旋转

伺服电机的定子

伺服电机的定子用薄合金片层压制成。层压片用合金片冲压出来，叠压后焊在一起。层压可减小涡流产生的能量损耗。槽中加绝缘材料，嵌入相线圈绕组，扎住线圈头，给绕组上热硬化漆完成装配，如图8所示：

图8：电机定子成品图

嵌入线圈前的定子铁心如左图，U、V、W三相绕组按右图插入定子齿槽。UVW三相分别用蓝，黄，红色表示。

图9：伺服电机定子铁心及绕组安装示意：

三相的所有线圈都串联连接，它们插入时，方向是交替的。例如：如果U相的头一个线圈是顺时针绕在齿上的，下一个插入时将按逆时针绕在齿上。通过这种方式，当电流送入该相线圈时，头一个线圈产生一个N极，第二个线圈产生一个S极…

如此，通过控制流入U，V，W三相线圈的电流，即可控制在定子中产生需要的旋转磁场。

伺服电机的转子

伺服电机的转子是圆柱形的，用固体或层压铁心和径向磁化的永磁铁构成。电机有6，8，10极的结构。所以，在电机生产线上，经常看到的六棱柱，八棱柱或十棱柱的铁心。其棱柱表面是用于贴永磁体的。表贴型伺服电机，结构简单，但电机在高速运转时，磁铁有脱落的风险。

永磁体除了表面粘贴，还有表面插入的方式。表插式是把永磁体插入到一个不锈钢扁平槽或圆筒中，以固定磁铁，如图10所示，左图是6极伺服电机，右图是8极伺服电机。

图10：表插式转子铁心

永磁体无论表贴还是表插，因每个永磁体都是径向磁化的，每一个永磁体在转子上代表一个N极或S极。

如果仔细查看伺服电机的技术参数表，都会有极数（或极对数）这一参数。比如ABB的ESM系列是8极（4极对）伺服电机。HDS系列伺服电机，除HDS240系列是6极（3极对）外，其他都是10极（5极对）电机。

图11：定子和转子装配后示意图（此图片来自网络）

伺服电机的转矩转速曲线

每一款伺服电机，都有一个转矩转速曲线，此曲线是伺服电机的基本曲线，如图12所示。

图12：伺服电机的转矩转速曲线图

此图，横轴表示转速，纵轴表示转矩。从此图可得知此款伺服电机的额定转速是3000rpm，额定扭矩大概为12.5Nm，三倍过载。通过公式P=T*n/9550可得出此电机的额定功率大概为4kw。因此，转矩-转速曲线的识读，也是伺服电机学习中，必须要掌握的知识。

以上为交流伺服电机的基本知识，有些为参考的网络图片或公开资料，另为避抄袭之嫌，有些公开原理图手绘完成。如有不妥之处，请网友不吝指出，谢谢！

详细解答：什么是伺服？什么是伺服电机？

一、“伺服”英文SERVO，使电机完全按照信号的要求而动作，因为它的信号执行能力强大，完全按照指令而工作。

　　另外伺服系统：人们想把“伺服机构”当个得心应手的驯服工具，服从控制信号的要求而动作。在讯号来到之前，转子静止不动；讯号来到之后，转子立即转动；当讯号消失，转子能即时自行停转。由于它的“伺服”性能，因此而得名。

三菱伺服电机

二、伺服电机可使控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高、始动电压等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。

伺服电机的工作原理：

1、伺服系统（servomechanism）是使物体的位置、方位、状态等输出被控量能够跟随输入目标（或给定值）的任意变化的自动控制系统。伺服主要靠脉冲来定位，基本上可以这样理解，伺服电机接收到1个脉冲，就会旋转1个脉冲对应的角度，从而实现位移，因为，伺服电机本身具备发出脉冲的功能，所以伺服电机每旋转一个角度，都会发出对应数量的脉冲，这样，和伺服电机接受的脉冲形成了呼应，或者叫闭环，如此一来，系统就会知道发了多少脉冲给伺服电机，同时又收了多少脉冲回来，这样，就能够很精确的控制电机的转动，从而实现精确的定位，可以达到0.001mm。直流伺服电机分为有刷和无刷电机。有刷电机成本低，结构简单，启动转矩大，调速范围宽，控制容易，需要维护，但维护不方便（换碳刷），产生电磁干扰，对环境有要求。因此它可以用于对成本敏感的普通工业和民用场合。无刷电机体积小，重量轻，出力大，响应快，速度高，惯量小，转动平滑，力矩稳定。控制复杂，容易实现智能化，其电子换相方式灵活，可以方波换相或正弦波换相。电机免维护，效率很高，运行温度低，电磁辐射很小，长寿命，可用于各种环境。

三菱电机

2、交流伺服电机也是无刷电机，分为同步和异步电机，目前运动控制中一般都用同步电机，它的功率范围大，可以做到很大的功率。大惯量，最高转动速度低，且随着功率增大而快速降低。因而适合做低速平稳运行的应用。

3、伺服电机内部的转子是永磁铁，驱动器控制的U/V/W三相电形成电磁场，转子在此磁场的作用下转动，同时电机自带的编码器反馈信号给驱动器，驱动器根据反馈值与目标值进行比较，调整转子转动的角度。伺服电机的精度决定于编码器的精度（线数）。

交流伺服电机和无刷直流伺服电机在功能上的区别：交流伺服要好一些，因为是正弦波控制，转矩脉动小。直流伺服是梯形波。但直流伺服比较简单，便宜。

伺服电机

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