什么是伺服电机？介绍其机理、类型、用途等。

什么是伺服电机？

伺服电机的全称是实现 "伺服机构 "的电机。 伺服机构是一种能够自动控制运行并补偿误差的机构，从而使位置、速度和扭矩符合指示。 普通电机用于以恒定的速度连续运行，但不适合精确操作，例如，仅将电机旋转一定角度并使其停止。

另一方面，机床和机器人等工业设备通常需要精细的位置和角度控制，因此需要使用伺服电机来确保无故障控制。 在工业应用中，伺服电机比普通电机具有更高的可靠性和耐用性，因为它们要在恶劣的环境中反复进行详细的操作和停止。

伺服电机的工作原理

在伺服机构中，除了电机之外，还需要其他各种装置来检测其自身状态并进行适当控制。 主要使用的设备如下。

这些器件执行反馈控制以实现精确的电机驱动。现在，让我解释一下实际的操作流程。首先，通过将程序输入控制器，将目标角度和旋转速度指示给电机。伺服放大器接收控制器的指令，控制电源电压和频率来操作电机。

仅凭这一点，并不能说明电机是否真的按照指令运动。 因此，编码器会读取电机的运行状态，并向伺服放大器发送反馈信号。 伺服放大器接收到该信息后，将目标与实际运动进行比较，读取误差并向电机发送新的控制信号。

通过反复参考该反馈信号并修正误差，可实现最终与目标值相匹配的高精度控制。

伺服电机的类型

根据使用的动力源，伺服电机分为直流电机和交流电机两种。我将解释每个的特点。

直流电机

直流电机是使用直流电源运行的电机。它的结构是，转子由线圈组成，周围放置永磁体作为定子。永磁体用于通过将南极和北极放置在转子上来产生单向磁场。当在这种状态下向转子线圈施加直流电时，转子受到来自磁场的力并根据弗莱明定律旋转。

然而，当线圈反转时，其受到的力的方向会反转并且旋转停止，因此包括一种称为“电刷”的机构，每次线圈反转时都会改变电流的方向。直流电机结构非常简单，并具有能够产生高速旋转和高效率电机的优点，因此传统上一直被用作电机的主要动力源。但缺点是电刷在旋转时会磨损，因此这些电机最近已被没有滑动部件的交流电机所取代。

交流电机

交流电机是通过具有由导体制成的转子、安装在定子上的线圈以及流过其中的交流电来产生旋转力的电机。它采用的机制是通过夹住导体来产生磁场，当磁场移动时，导体就会被拖动并移动。通过在定子中设置四个或更多个线圈并改变电流流过每个线圈的定时，可以产生与旋转磁体相同的旋转磁场。其原理是转子作为导体，通过旋转磁场悬浮并旋转。

交流电机的结构需要精确控制电流流过线圈的时序，速度控制在技术上是困难的。但主要优点是转子没有滑动部件，不需要维护，现在广泛用作直流电机的替代品。

与步进电机的区别

“步进电机”也作为与伺服电机类似的部件而闻名，但由于工作原理与伺服电机不同，所以我们来介绍一下差异。步进电机和伺服电机的主要区别在于它们没有反馈机制。步进电机通过输入脉冲信号，使电机像钟表的指针一样以恒定的角度旋转。

由于角度是通过脉冲数来调整的，因此即使没有反馈电路也可以准确地输出角度变化。由于机构简单，因此具有不易损坏、响应时间快的优点。另一方面，它也存在因故障导致脉冲输入与输出不同步时无法补偿的缺点，并且不适合高扭矩控制。

伺服电机的应用

伺服电机的应用范围很广，几乎应用于每个行业，但我们将解释一些最常见的应用。

工业用途

伺服电机最常用于工业应用。特别是常用于需要超精密位置和角度控制的设备，如机床、机器人、半导体和液晶制造等。下面显示了一个使用示例。

• ・工业机器人的间接部件

• ・高精度定位工作台

• ・运输带式输送机

• ・自动开门/关门装置

• ・瓶盖螺纹机构

• ・压力机（伺服压力机）

业余爱好

伺服电机使用最多的下一个地方是业余爱好行业。伺服电机几乎总是用于遥控玩具，例如无线电控制器和双足机器人。

伺服电机也用于类似的应用，例如夹娃娃游戏中使用的机器人手臂。

概括

在本文中，我们介绍了伺服电机的结构、特点和类型。 伺服电机是一种可以通过反馈信号进行精确定位和角度控制的电机。 如果要详细控制电机的运动，伺服电机是必不可少的。 在设计时，一定要正确理解其工作原理，这样才能充分发挥其性能。