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伺服電機的基本概念

伺服電機（servo motor）是指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。

一、基本結構

定子：定子主要由鐵芯和繞組組成。鐵芯通常采用高導磁率的硅鋼片疊壓而成，目的是減少渦流損耗。繞組則是產生磁場的關鍵部分，根據電機類型（如交流伺服電機和直流伺服電機），繞組的結構和連接方式有所不同。在交流伺服電機中，定子繞組產生旋轉磁場，驅動轉子轉動；在直流伺服電機中，定子繞組（磁極）產生固定磁場。

轉子：對于直流伺服電機，轉子是電樞，由鐵芯、繞組和換向器組成。繞組通過換向器與外部電源相連，在磁場作用下產生電磁轉矩。而交流伺服電機的轉子結構較為多樣，常見的有籠型轉子和非磁性杯型轉子。籠型轉子結構簡單，和普通異步電動機的轉子類似，制造工藝成熟；非磁性杯型轉子的轉動慣量小，響應速度快，適用于對動態性能要求較高的場合。

二、工作原理

直流伺服電機：直流伺服電機的工作原理基于電磁力定律。當在電樞繞組中通入直流電流時，根據左手定則，電樞繞組會受到電磁力的作用。由于換向器的作用，電樞繞組中的電流能夠適時地改變方向，使得電磁力的方向始終保持一致，從而驅動轉子持續旋轉。其轉速與電樞電壓成正比，轉矩與電樞電流成正比。例如，在一個簡單的機器人關節控制中，通過改變電樞電壓就可以控制電機的轉速，從而實現關節運動速度的調節。

交流伺服電機：交流伺服電機主要是利用旋轉磁場的原理工作。以三相交流伺服電機為例，當定子的三相繞組通入三相交流電流時，會在電機內部產生一個旋轉磁場。這個旋轉磁場以同步轉速旋轉，轉子在旋轉磁場的作用下，會跟隨旋轉磁場同步旋轉。其轉速與電源頻率和電機的極對數有關。實際應用中，通過改變控制信號（如矢量控制）來調節電機的轉速和轉矩，以滿足不同的負載需求。

三、特點

精度高：伺服電機能夠精確地控制位置、速度和轉矩。其位置精度可以達到很高的水平，例如，在數控加工設備中，伺服電機可以將刀具的位置精度控制在微米級別，這對于加工高精度的零件是至關重要的。

響應速度快：伺服電機的轉子慣量小，能夠快速地響應控制信號的變化。當接收到控制信號后，它可以在很短的時間內達到設定的速度或位置。比如在自動化生產線上的高速分揀設備中，伺服電機可以快速地驅動機械臂完成分揀動作，提高生產效率。

過載能力強：一般情況下，伺服電機可以在短時間內承受數倍于額定轉矩的過載。這使得它在一些需要克服較大啟動阻力或突加負載的場合能夠正常工作。例如在機床的切削過程中，當刀具遇到硬點時，伺服電機能夠提供足夠的轉矩來保證加工的連續性。

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