直流伺服电机种类及其性能特点
直流伺服电机种类可分为传统型直流伺服电机和低惯量型直流伺服电机两大类。 
图1-1 空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电机性能特点是： A、低惯量。由于转子无铁芯，且薄壁细长，惯量极低，有超低惯量电机之称。 B、灵敏度高。因转子绕组散热条件好，绕组的电流密度可取到30A/mm²，并且永久磁钢体积大，可提高气隙的磁通密度，所以力矩大。加上惯量又小，因而转矩/惯量比很大，机电时间常数很小(最小的在1ms以下)，灵敏度高，快速性好。其始动电压在100mV以下，可完成每秒钟250次起—停循环。 C、损耗小，效率高。因转子中无磁滞和涡流造成的铁耗，所以效率可达80%或更高。 D、力矩波动小，低速运转平稳，噪声很小。由于绕组在气隙中均匀分布，不存在齿槽效应，因此力矩传递均匀、波动小，故运转时噪声小，低速运转平稳。 E、换向性能好，寿命长。由于杯形电枢无铁芯，换向元件电感很小，几乎不产生电火花，换向性能好，因此大大提高了电机的使用寿命。 这种形式的直流伺服电机的制造成本较高，大多用于高精度的自动控制系统及测量装置等设备中，如电视摄像机、录音机、X-Y函数记录仪、机床控制系统等领域。 2)、盘形电枢直流伺服电机介绍 盘形电枢的特点是电枢的直径远大于长度，电枢有效导体沿径向排列，定转子间的气隙为轴向平面气隙，主磁通沿轴向通过气隙，多采用永久磁钢励磁。 圆盘中电枢绕组可以是印制绕组或绕线式绕组，后者功率比前者大。印制绕组是采用与制造印制电路板相类似的工艺制成的，它可以是单片双面或多片重叠的。绕线式绕组则是先绕成单个线圈，然后把全部线圈排列成盘形，再用环氧树脂热固化成型。图1-2为印制绕组盘形电枢直流伺服电机结构示意图，它不单独设置换换向器，而是利用靠近转轴的电枢端部兼作换向器，但导体表面需另外镀一层耐磨材料，以延长使用寿命。图 1-3 为绕线式盘形伺服电机结构示意图。 
图1-3 绕线式绕组盘形伺服电动机结构示意图 盘形电枢直流伺服电机具有与杯形电枢类似的性能特点，表述如下： A、电机结构简单，制造成本低。 B、起动转矩大。由于电枢绕组全部在气隙中，散热良好，其绕组电流密度比一般普通的直流伺服电机高10倍以上，因此容许的起动电流大，起动转矩也大。 C、力矩波动很小，低速运行稳定，调速范围广而平滑，能在1：20的速比范围内可靠平稳运行。这主要是由于这种电机没有齿槽效应，以及电枢元件数、换向片数多的缘故。 D、换向性能好。电枢由非磁性材料组成，换向元件电感小，所以换向火花小。 E、电枢转动惯量小，反应快，机电时间常数一般为10~15ms，属于中等低惯量伺服电机。 3)、无槽电枢直流伺服电机介绍 无槽电枢直流电机的结构和普通直流电机的差别仅仅是电枢铁芯是光滑、无槽的圆柱体。电枢的制造是将敷设在光滑电枢铁芯表面的绕组，用环氧树脂固化成型并与铁芯黏结在一起，其气隙尺寸较大，比普通的直流电机大10倍以上，定子励磁一般采用高磁能的永久磁钢，图1-4为无槽电枢直流伺服电机结构示意图。 
图1-4 无槽电枢直流伺服电机结构示意图 由于无槽直流电机在磁路上不存在齿部磁通密度饱和的问题，因此就有可能大大提高电机的气隙磁通密度和减小电枢的外径。无槽电枢直流电机主要用于要求快速动作、功率较大的系统，例如数控机床和雷达天线驱动等领域。
1.传统型直流伺服电机介绍
传统型直流伺服电机的结构形式与普通直流电机基本相同，也是由定子、转子两大部分所组成，只是它的容量和体积较小。按励磁方式的不同，传统型直流伺服电机可以再分为永磁式直流伺服电机和电磁式直流伺服电机两种。永磁式直流伺服电机的定子磁极由永久磁钢构成，电磁式直流伺服电机的定子磁极通常由硅钢片铁芯和励磁绕组构成。这两种电机的转子结构与普通直流电机的结构相同，其铁芯均由硅钢片冲制叠压而成，在转子冲片的外圆周上开有均匀布置的齿槽，在转子槽中放置电枢绕组，并通过换向器和电刷与外电路连接。2.低惯量型直流伺服电机介绍
与传统型的直流伺服电机相比，低惯量型直流伺服电机具有时间常数小、响应快速的特点。目前低惯量型直流伺服电机主要有：空心杯转子直流伺服电机、盘形电枢直流伺服电机和无槽电枢直流伺服电机。 1)、空心杯转子直流伺服电机介绍 空心杯转子直流伺服电机的结构简图如图1-1所示。空心杯转子可以由事先成型的单个线圈，沿圆柱面排列成杯形，或直接用绕线机绕成导线杯，再用环氧树脂热固化定型。也可采用印制绕组。它有内、外两个定子，外定子装有永久磁钢，内定子起磁轭作用，由软磁材料做成。 空心杯电枢直接安装在电机轴上，它在内、外定子之间的气隙中旋转，电枢绕组的端侧与换向器相连，通过电刷与外电路实现电气连接。由于转子内、外侧都需要有足够的气隙，所以磁阻大，磁势利用率低。通常需采用高磁能积永磁材料作磁极。 图1-1 空心杯转子直流伺服电动机 空心杯转子直流伺服电机性能特点是： A、低惯量。由于转子无铁芯，且薄壁细长，惯量极低，有超低惯量电机之称。 B、灵敏度高。因转子绕组散热条件好，绕组的电流密度可取到30A/mm²，并且永久磁钢体积大，可提高气隙的磁通密度，所以力矩大。加上惯量又小，因而转矩/惯量比很大，机电时间常数很小(最小的在1ms以下)，灵敏度高，快速性好。其始动电压在100mV以下，可完成每秒钟250次起—停循环。 C、损耗小，效率高。因转子中无磁滞和涡流造成的铁耗，所以效率可达80%或更高。 D、力矩波动小，低速运转平稳，噪声很小。由于绕组在气隙中均匀分布，不存在齿槽效应，因此力矩传递均匀、波动小，故运转时噪声小，低速运转平稳。 E、换向性能好，寿命长。由于杯形电枢无铁芯，换向元件电感很小，几乎不产生电火花，换向性能好，因此大大提高了电机的使用寿命。 这种形式的直流伺服电机的制造成本较高，大多用于高精度的自动控制系统及测量装置等设备中，如电视摄像机、录音机、X-Y函数记录仪、机床控制系统等领域。 2)、盘形电枢直流伺服电机介绍 盘形电枢的特点是电枢的直径远大于长度，电枢有效导体沿径向排列，定转子间的气隙为轴向平面气隙，主磁通沿轴向通过气隙，多采用永久磁钢励磁。 圆盘中电枢绕组可以是印制绕组或绕线式绕组，后者功率比前者大。印制绕组是采用与制造印制电路板相类似的工艺制成的，它可以是单片双面或多片重叠的。绕线式绕组则是先绕成单个线圈，然后把全部线圈排列成盘形，再用环氧树脂热固化成型。图1-2为印制绕组盘形电枢直流伺服电机结构示意图，它不单独设置换换向器，而是利用靠近转轴的电枢端部兼作换向器，但导体表面需另外镀一层耐磨材料，以延长使用寿命。图 1-3 为绕线式盘形伺服电机结构示意图。 图1-3 绕线式绕组盘形伺服电动机结构示意图 盘形电枢直流伺服电机具有与杯形电枢类似的性能特点，表述如下： A、电机结构简单，制造成本低。 B、起动转矩大。由于电枢绕组全部在气隙中，散热良好，其绕组电流密度比一般普通的直流伺服电机高10倍以上，因此容许的起动电流大，起动转矩也大。 C、力矩波动很小，低速运行稳定，调速范围广而平滑，能在1：20的速比范围内可靠平稳运行。这主要是由于这种电机没有齿槽效应，以及电枢元件数、换向片数多的缘故。 D、换向性能好。电枢由非磁性材料组成，换向元件电感小，所以换向火花小。 E、电枢转动惯量小，反应快，机电时间常数一般为10~15ms，属于中等低惯量伺服电机。 3)、无槽电枢直流伺服电机介绍 无槽电枢直流电机的结构和普通直流电机的差别仅仅是电枢铁芯是光滑、无槽的圆柱体。电枢的制造是将敷设在光滑电枢铁芯表面的绕组，用环氧树脂固化成型并与铁芯黏结在一起，其气隙尺寸较大，比普通的直流电机大10倍以上，定子励磁一般采用高磁能的永久磁钢，图1-4为无槽电枢直流伺服电机结构示意图。 图1-4 无槽电枢直流伺服电机结构示意图 由于无槽直流电机在磁路上不存在齿部磁通密度饱和的问题，因此就有可能大大提高电机的气隙磁通密度和减小电枢的外径。无槽电枢直流电机主要用于要求快速动作、功率较大的系统，例如数控机床和雷达天线驱动等领域。