直驱伺服电机

直驱伺服电机特征

直接驱动技术：直接连接到负载增加了扭转刚度

提高定位精度、无反冲操作、高动态负载逆转而不会损坏组件、免维护润滑;

高性能：无需齿轮即可实现高扭矩运行、峰值扭矩高达5310lb-in(600Nm)、最高速度可达500rpm;

高分辨率串行编码器：绝对编码器标准、大器自动识别电机并优化参数、错误检查消除了电气噪声造成的运动丢失。

多年来，由于多种原因，步进电机一直是设计用于仪器仪表的最受欢迎的电机类型。步进电动机已经变得越来越商品化，并且可以容易地获得。此外，不断增长的“制造商运动”同时使它们更受欢迎并降低了成本。与伺服电机不同，步进电机不需要调整即可优化其性能。此外，缩放和运动命令通常使用步进电机即可快速简便地执行。

伺服电动机在执行复杂的(转矩，速度或位置)回路闭合时通常需要更多的专业知识。最后，微步进使大多数现代驱动电子设备能够使步进电机步进或递增至每转50,800步或更高的分辨率。

为了应对这些趋势，仪器设计人员越来越多地转向伺服电机和直接驱动技术。对于设计者而言，探索这些技术与步进电机的比较可能很有用。

与步进电机很像，伺服电机既可以用作传统的旋转电机，也可以用作线性伺服电机(图1)。多项优势正导致越来越多的仪器制造商选择伺服电机来提高其性能：

更大的转矩：对于仅需要短脉冲或力的线性伺服等效值(通常用于加速对象)的应用，可以在短时间内为伺服电动机提供比连续运行更大的电流。

更高的速度：伺服电动机的速度通常是典型步进电动机的2-3倍。这有可能使设计人员能够进一步减少体积，从而在较小的封装中获得更大的扭矩。例如，比较两个等效的堆长NEMA框架电机：一个步进器(HV233)和一个伺服器(SM233)。这两种电动机的性能曲线都是在相同的工作条件下于环境温度下产生的，并且向驱动电子设备提供了相同的120伏交流电。如果将步进电机的性能与伺服器的连续性能进行比较，则在低RPM(小于1000)下，步进电机有一个较小的转矩优势;但是，一旦达到更高的RPM，步进电机的转矩性能就会急剧下降，伺服的速度转矩性能变得突出。现在考虑伺服电机相对于步进电机的峰值性能。当然，伺服器只能在此峰值转矩范围内运行很短的时间，并且必须允许产生的热量散发，但是在该运行范围内，伺服器的极端优势显而易见(图2)。

更高的精度：伺服电机使用反馈设备，该设备使用编码器来感测系统中的错误，并通过围绕电机，转矩，速度或位置的控制环来纠正此错误，以达到所需的机械性能。提供多种编码器选项。在旋转电机中，选件包括典型的玻璃盘或新型低成本磁，正交，极坚固的旋转变压器，模拟正弦/余弦和多圈绝对格式，从而无需归位。线性编码器技术提供的技术类似于旋转设备上可用的技术：

较低的可闻噪声：正确调谐的伺服电机是忍者式安静的。伺服驱动应用中最大的噪声源通常是传动系统或轴承。步进电机在运行期间通常会发出约68 dB的声音。

灵活的绕组技术：现代化的设计软件可以非常精确地模拟伺服电机的性能。伺服电机通常可以采用非常受控的，几乎类似于CNC的方式进行特殊缠绕，以使其性能曲线与应用的速度和扭矩要求相匹配。

顾名思义，直接驱动技术无需使用任何机械减速装置或传动系统即可在电动机和有效负载之间建立直接耦合。它的主要缺点是缺乏机械优势。应用程序所需的任何力或扭矩都必须由电动机直接产生，这可能需要使用更大的电动机和更大的总电流。但是，就仪器设计而言，直接驱动技术比步进器具有多个优势：

集成的旋转套件电机：在许多情况下，旋转套件电机可以减小给定应用程序的大小。在旋转应用中，套件电机消除了齿轮或皮带。在线性应用中，它们也可以直接集成到螺钉上，以消除耦合，从而增加了执行器的整体长度和柔韧性。旋转套件电机通常包括：

定子或线圈–这是电动机的绕线铜部分，利用电流产生磁场来驱动电动机。

转子–定子向固定的一组磁铁(通常称为转子)施加磁场。

霍尔效应传感器–小型霍尔效应传感器相对于彼此处于各种偏移位置，以在驱动电子设备内建立换向角，以指示在给定的旋转位置哪个相应接收功率。

集成线性电机：本质上，线性伺服电机就像平展的旋转电机一样。电机直接耦合到负载，因此没有机械上的优势，应用程序所需的所有力必须直接由电机产生。

过去，降低成本的愿望通常决定了使用诸如步进电机之类的低成本技术。但是，考虑到仪器制造商不断增加的压力以最大化其机器的价值，再加上低成本伺服电机和反馈设备的可用性，他们开始更加考虑直接驱动和伺服电机技术的潜力。