永磁同步伺服电动机：控制精度、响应快、抗干扰，详解结构与工作原理

伺服电动机是指用在伺服系统中，能满足任务所要求的控制精度、快速响应性和抗干扰性的电动机。为了达到控制要求，伺服电动机通常需要安装位置/速度检测部件（如编码器）。根据伺服电动机的定义不难看出，只要能满足控制要求的电动机均可作为伺服电动机，故伺服电动机可以是交流异步电动机、永磁同步电动机、直流电动机、步进电动机或直线电动机，但实际广泛使用的伺服电动机通常为永磁同步电动机。若无特别说明，本书介绍的伺服电动机均为永磁同步伺服电动机。

1.外形与结构

伺服电动机的外形如图6-4所示，它内部通常引出两组电缆，一组电缆与电动机内部绕组连接，另一组电缆与编码器连接。

图6-4 伺服电动机的外形

永磁同步伺服电动机的结构如图6-5所示，它主要由端盖、定子铁心、定子绕组、转轴、轴承、永磁转子、机座、编码器和引出线组成。

图6-5 永磁同步伺服电动机的结构

2.工作原理

永磁同步伺服电动机主要由定子和转子构成，其定子结构与一般的异步电动机相同，并且嵌有定子绕组。永磁同步伺服电动机的转子与异步电动机不同，异步电动机的转子一般为笼型，转子本身不带磁性，而永磁同步伺服电动机的转子上嵌有永久磁铁。

永磁同步伺服电动机的结构工作原理如图6-6所示。(www.xing528.com)

图6-6 永磁同步伺服电动机的结构与工作原理

图6-6a为永磁同步伺服电动机结构示意图，其定子铁心上嵌有定子绕组，转子上安装一个两极磁铁（一对磁极），当定子绕组通三相交流电时，定子绕组会产生旋转磁场，此时的定子就像是旋转的磁铁，如图6-6b所示，根据磁极同性相斥、异性相吸可知，装有磁铁的转子会跟随旋转磁场方向转动，并且转速与磁场的旋转速度相同。

永磁同步伺服电动机在转子上安装永久磁铁来形成磁极，磁极的主要结构形式如图6-7所示。

图6-7 永磁同步伺服电动机转子磁极的主要结构形式

在定子绕组电源频率不变的情况下，永磁同步伺服电动机在运行时转速是恒定的，其转速n与电动机的磁极对数p、交流电源的频率f有关，永磁同步伺服电动机的转速可用下面的式子计算：

n=60f/p

根据上述式子可知，改变转子的磁极对数或定子绕组电源的频率，均可改变电动机的转速。永磁同步伺服电动机是通过改变定子绕组的电源频率来调节转速的。