什么是伺服电机

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2020年7月14日

一般的电机主要作为设备的动力源用于连续旋转,与此相对,配备了控制机构的伺服电机,可以仅转动固定角度并停在精确的位置上。利用这个特点,伺服电机广泛应用于工业领域和业余爱好领域的各种设备控制场景中,从工业机器人的关节定位到确定无线电控制飞机的舵角,到处都有它的身影。

伺服电机的定义

伺服电机的伺服(servo)指的即是控制机构。在科技领域里,控制的一侧称为主(master),被控制的一侧称为从(slave),据说伺服和从都源自拉丁语的Servus(奴隶)。

也就是说,伺服电机这个名称的意思就是"按照指示忠实工作"的电机,只要能够控制旋转位置和转速等,无论什么机制的电机都被称为"伺服电机"。

因此,有时也会将步进电机和无铁芯电机包括在伺服电机里,在此,我们对装配了编码器(旋转检测器),并根据该信息使用驱动器控制速度和位置(角度)的伺服电机类型进行说明。

伺服电机与步进电机的区别

步进电机与伺服电机一样,配备了通过接受外部信号控制旋转角度的机构,它们都可以执行设备类的定位等操作,但是具有下列区别。

控制方式

伺服电机通过编码器(旋转检测器)检测出旋转位置,并将编码器检测到的信息反馈给控制器来控制位置。因此能够实现高精度停止,即使是在旋转过程中停止,如果位置有偏差也能返回原来的位置。另一方面,步进电机的旋转角度与脉冲数成正比,驱动器通过从控制器接收这个脉冲信号来控制位置。因此,其实它并不需要检测位置的机构,也就无法识别位置的偏差。所以可能会因意外的负载波动等原因而发生失步(指示的旋转角度与电机旋转不同步的状态)。

程序→控制器(脉冲信号)→驱动器(电流转换)→电机→编码器(编码器信号)→驱动器(动作信息)→控制器 伺服电机

程序→控制器(脉冲信号)→驱动器(电流转换)→电机 步进电机

扭矩/转速

伺服电机在低速区域和高速区域均能产生稳定扭矩,因此可以实现高速运行。步进电机只是在低速区域能够产生较高的扭矩,在高速区域扭矩减小,因此不适合高速旋转的用途。

成本

伺服电机因为需要使用昂贵的旋转编码器和伺服控制装置(伺服驱动器),成本比步进电机更高。

伺服电机的历史

伺服电机技术随着工业机器人的进步而有显著发展。

美国从20世纪50年代起重视工厂的自动化,并开始了以皮带输送机、自动化装置、工业机器人等为代表的自动化进程。初期的自动化装置和工业机器人的执行器使用液压和气压定位,存在精度、使用的稳定性、管线、漏油漏气等课题。

之后,随着20世纪50〜60年代DC伺服电机技术不断发展,实用性不断提高,它开始用于工业机器人,以替代存在问题的液压和气压机构。

到了20世纪80年代,出现了AC伺服电机,机器人有了追求更小更轻的趋势等,AC伺服电机因其较高的实用性,现如今几乎应用在所有工业领域的设备类产品上。

伺服电机的类型

伺服电机可以分为DC伺服电机和AC伺服电机两类。

DC伺服电机

由带刷DC(直流)电机驱动的伺服电机。DC电机比AC电机容易控制,且体积小、价格低,因此以前广泛使用,但是随着AC电机控制技术的发展,现在使用的机会越来越少了。

AC伺服电机

由AC(交流)电机驱动的伺服电机。其控制比DC电机复杂,但是随着控制技术的发展,现在已经是使用最普遍的伺服电机了。
AC伺服电机按照驱动电机的类型可以分为同步(SM)型和感应(IM)型两类。两者的区别在于是否使用永磁体。
同步(SM)型使用永磁体。电机输出功率越大,昂贵永磁体的使用量也越多,所以成本较高。因此,多用于输出功率较小的领域(不足10kW),现如今随着高性能永磁体的出现,同步型也就成了主流产品。
感应(IM)型不使用永磁体,用于输出功率较大的领域(10kW以上)。

伺服电机的用途

伺服电机的优势是精确的定位控制,因此广泛应用于工业机器人和精密机械的控制。

  • 工业机器人的关节
  • 人形(类人)机器人的关节
  • 食品机械的控制装置
  • 包装机械的控制装置
  • 输送装置的皮带机构
  • 电动车辆等的自动门
  • 液晶和半导体的检查装置等的X-Y工作台
  • 冲压和辊式给料机
  • 机床和检查装置的旋转工作台
  • 压力装置的控制
  • 邦定装置的控制
  • 树脂成型机的控制
  • 娱乐设备的控制
  • 无线电控制等业余爱好的用途
  • 涂层和气相沉积装置
  • 液晶和半导体的旋转式清洗装置

ASPINA的伺服电机解决客户的课题

ASPINA提供配备无刷DC电机的同步(SM)型伺服电机。另外也能够提供在无刷DC电机或混合型步进电机上搭载旋转编码器,并通过驱动器进行必要的伺服控制的AC伺服电机。

ASPINA的伺服电机以系统零部件(从驱动和控制系统到机构设计都包含在内)形式提供。将为您提供从试生产到量产,再到售后服务的一条龙支持服务。
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