永磁直流伺服电机分析

目前，在数控机床进给驱动中采用的直流电动机主要是大惯量宽调速永磁式直流伺服电动机，本节将主要对这种电动机进行分析介绍。
1.永磁直流伺服电动机基本结构与特点
这种电机的基本结构如图所示，其同普通直流电动机的结构类似，也是由定子、转子、电刷和换向器等组成。该种电动机的定子磁极是个采用铝镍钴合金、钕铁硼、或稀土钴等材料所做成的永久磁体，矫顽力很高，能够产生极大的峰值转矩以满足高的加、减速要求；且即使在较高的磁通密度下保持性能稳定(即不出现退磁)。转子的铁心上斜槽数目较多，且在一个槽内分布有几个虚槽以减少转矩波动。电刷的材料也经过仔细筛选，使得其可以在较大的加速度状态下也有良好的换向性能。低波纹测速机等其它检测元件如旋转变压器、脉冲编码器可以装在电动机轴上，从而可得到精密的速度和位置检测信号，以反馈到速度控制单元和位置控制单元。该种电动机既具有一般直流电动机便于调速、机械性能较好的优点，又具有小惯量直流电机快速响应性能的优势。

2.永磁直流伺服电动机工作原理
直流电动机工作原理的示意图如图所示。

在转子绕组中的任何一根导体，只要一转过中性线，从定子S极下的范围进入了定子N极下的范围，由于电刷和换向器的作用，那么这根导体上的电流一定要反向；反之则由定子N极下的范围进入定子S极下的范围时，导体上的电流也要发生反向。因此转子的总磁势正交，在转子磁场与定子磁场相互作用下产生了电动机的电磁转矩，从而使电动机转动。
机械特性是电机的静态特性，是稳定运行时带动负载的性能，此时，电磁转矩与外负载相等。当电机带动负载时，电机转速与理想转速产生转速差Δn，它反映了电机机械特性的硬度，Δn越小，表明机械特性越硬，性能越好。