數控木(mù)工(gōng)機械的心髒——伺服電機

                                                                                                            傳統木(mù)工(gōng)手藝

“伺服”一詞源于希臘語“奴隸”的意思。“伺服電機”可以理(lǐ)解爲絕對(duì)服從(cóng)控制信号指揮的電機：在控制信号發出之前，轉子靜止不動；當控制信号發出時(shí)，轉子立即轉動；當控制信号消失時(shí)，轉子能(néng)即時(shí)停轉。伺服電機是自(zì)動控制裝置中被用(yòng)作(zuò)執行元件的微特電機，其功能(néng)是将電信号轉換成轉軸的角位移或角速度。

機器人用(yòng)伺服電機要求控制器與伺服之間的總線通訊速度快(kuài)；伺服的精度高(gāo)；另外(wài)對(duì)基礎材料有加工(gōng)要求。特别是像機器人末端執行器（手爪）應采用(yòng)體積、質量盡可能(néng)小(xiǎo)的電機，尤其是要求快(kuài)速響應時(shí)，伺服電動機必須具有較高(gāo)的可靠性和(hé)穩定性，能(néng)經受得起苛刻的運行條件，可進行十分頻繁的正反向和(hé)加減速運行，并能(néng)在短時(shí)間内承受過載。

                                                                                                  伺服電機内部結構

一、交流伺服電動機的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)

交流伺服電動機定子的構造基本上(shàng)與電容分相式單相異步電動機相似.其定子上(shàng)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(shàng)；另一個是控制繞組L，聯接控制信号電壓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子通常做成鼠籠式，但(dàn)爲了(le)使伺服電動機具有較寬的調速範圍、線性的機械特性，無“自(zì)轉”現(xiàn)象和(hé)快(kuài)速響應的性能(néng)，它與普通電動機相比，應具有轉子電阻大(dà)和(hé)轉動慣量小(xiǎo)這(zhè)兩個特點。目前應用(yòng)較多的轉子結構有兩種形式：一種是采用(yòng)高(gāo)電阻率的導電材料做成的高(gāo)電阻率導條的鼠籠轉子，爲了(le)減小(xiǎo)轉子的轉動慣量，轉子做得細長；另一種是采用(yòng)鋁合金(jīn)制成的空(kōng)心杯形轉子，杯壁很(hěn)薄，僅0.2-0.3mm，爲了(le)減小(xiǎo)磁路的磁阻，要在空(kōng)心杯形轉子内放(fàng)置固定的内定子.空(kōng)心杯形轉子的轉動慣量很(hěn)小(xiǎo)，反應迅速，而且運轉平穩，因此被廣泛采用(yòng)。

交流伺服電動機在沒有控制電壓時(shí)，定子内隻有勵磁繞組産生的脈動磁場，轉子靜止不動。當有控制電壓時(shí)，定子内便産生一個旋轉磁場，轉子沿旋轉磁場的方向旋轉，在負載恒定的情況下(xià)，電動機的轉速随控制電壓的大(dà)小(xiǎo)而變化，當控制電壓的相位相反時(shí)，伺服電動機将反轉。

交流伺服電動機的工(gōng)作(zuò)原理(lǐ)與分相式單相異步電動機雖然相似，但(dàn)前者的轉子電阻比後者大(dà)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、起動轉矩大(dà)

由于轉子電阻大(dà)，其轉矩特性曲線如圖3中曲線1所示，與普通異步電動機的轉矩特性曲線2相比，有明(míng)顯的區(qū)别。它可使臨界轉差率S0＞1，這(zhè)樣不僅使轉矩特性（機械特性）更接近于線性，而且具有較大(dà)的起動轉矩。因此，當定子一有控制電壓，轉子立即轉動，即具有起動快(kuài)、靈敏度高(gāo)的特點。

2、運行範圍較廣

3、無自(zì)轉現(xiàn)象

正常運轉的伺服電動機，隻要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓後，它處于單相運行狀态，由于轉子電阻大(dà)，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作(zuò)用(yòng)所産生的兩個轉矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉矩特性（T－S曲線）

交流伺服電動機的輸出功率一般是0.1-100W。當電源頻率爲50Hz，電壓有36V、110V、220、380V；當電源頻率爲400Hz，電壓有20V、26V、36V、115V等多種。

交流伺服電動機運行平穩、噪音(yīn)小(xiǎo)。但(dàn)控制特性是非線性，并且由于轉子電阻大(dà)，損耗大(dà)，效率低(dī)，因此與同容量直流伺服電動機相比，體積大(dà)、重量重，所以隻适用(yòng)于0.5-100W的小(xiǎo)功率控制系統。

                                                                                                  裝備伺服電機的木(mù)工(gōng)雙頭榫

二、交流伺服電動機原理(lǐ)

伺服電機内部的轉子是永磁鐵(tiě)，驅動器控制的U/V/W三相電形成電磁場，轉子在此磁場的作(zuò)用(yòng)下(xià)轉動，同時(shí)電機自(zì)帶的編碼器反饋信号給驅動器，驅動器根據反饋值與目标值進行比較，調整轉子轉動的角度。伺服電機的精度決定于編碼器的精度（線數）。

伺服電動機在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機.是一種補助馬達間接變速裝置。又稱執行電動機，在自(zì)動控制系統中，用(yòng)作(zuò)執行元件，把所收到(dào)的電信号轉換成電動機軸上(shàng)的角位移或角速度輸出。分爲直流和(hé)交流伺服電動機兩大(dà)類，其主要特點是，當信号電壓爲零時(shí)無自(zì)轉現(xiàn)象，轉速随着轉矩的增加而勻速下(xià)降，

作(zuò)用(yòng)：伺服電機,可使控制速度,位置精度非常準确。

直流伺服電機分爲有刷和(hé)無刷電機。

有刷電機成本低(dī)，結構簡單，啓動轉矩大(dà)，調速範圍寬，控制容易，需要維護，但(dàn)維護方便（換碳刷），産生電磁幹擾，對(duì)環境有要求。因此它可以用(yòng)于對(duì)成本敏感的普通工(gōng)業和(hé)民用(yòng)場合。

無刷電機體積小(xiǎo)，重量輕，出力大(dà)，響應快(kuài)，速度高(gāo)，慣量小(xiǎo)，轉動平滑，力矩穩定。控制複雜(zá)，容易實現(xiàn)智能(néng)化，其電子換相方式靈活，可以方波換相或正弦波換相。電機免維護，效率很(hěn)高(gāo)，運行溫度低(dī)，電磁輻射很(hěn)小(xiǎo)，長壽命，可用(yòng)于各種環境。

交流伺服電機也(yě)是無刷電機，分爲同步和(hé)異步電機，目前運動控制中一般都用(yòng)同步電機，它的功率範圍大(dà)，可以做到(dào)很(hěn)大(dà)的功率。大(dà)慣量，最高(gāo)轉動速度低(dī)，且随着功率增大(dà)而快(kuài)速降低(dī)。因而适合做低(dī)速平穩運行的應用(yòng)。

20世紀80年代以來(lái)，随着集成電路、電力電子技術和(hé)交流可變速驅動技術的發展，永磁交流伺服驅動技術有了(le)突出的發展，各國著名電氣廠(chǎng)商相繼推出各自(zì)的交流伺服電動機和(hé)伺服驅動器系列産品并不斷完善和(hé)更新。交流伺服系統已成爲當代高(gāo)性能(néng)伺服系統的主要發展方向，使原來(lái)的直流伺服面臨被淘汰的危機。90年代以後，世界各國已經商品化了(le)的交流伺服系統是采用(yòng)全數字控制的正弦波電動機伺服驅動。交流伺服驅動裝置在傳動領域的發展日新月異。永磁交流伺服電動機同直流伺服電動機比較，主要優點有：

⑴無電刷和(hé)換向器，因此工(gōng)作(zuò)可靠，對(duì)維護和(hé)保養要求低(dī)。

⑵定子繞組散熱比較方便。

⑶慣量小(xiǎo)，易于提高(gāo)系統的快(kuài)速性。

⑷适應于高(gāo)速大(dà)力矩工(gōng)作(zuò)狀态。

⑸同功率下(xià)有較小(xiǎo)的體積和(hé)重量。

在這(zhè)裏簡單地對(duì)木(mù)工(gōng)機械數控機床的電機做一下(xià)介紹，希望會(huì)對(duì)大(dà)家在選用(yòng)機器中有所幫助的同時(shí)選到(dào)自(zì)己心儀的高(gāo)效的機器