2.伺服電動(dòng)機(jī)的分類普通直流伺服電動(dòng)機(jī)直流伺服電動(dòng)機(jī)低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)兩相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)交流伺服電動(dòng)機(jī)三相感應(yīng)伺服電動(dòng)機(jī)無(wú)刷永磁伺服電動(dòng)機(jī)直線伺服電動(dòng)機(jī)11.伺服電動(dòng)機(jī)的概念伺服電動(dòng)機(jī)又稱為執(zhí)行電動(dòng)機(jī)，其功能是把輸入的電壓信號(hào)變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度輸出。1.1概述第1頁(yè)/共59頁(yè)第一頁(yè)，共60頁(yè)。寬廣的調(diào)速范圍機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性均為線性無(wú)“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象快速響應(yīng)。此外，還要求伺服電動(dòng)機(jī)的控制功率小、重量輕、體積小等。23.控制系統(tǒng)對(duì)伺服電動(dòng)機(jī)的基本要求1.1概述第2頁(yè)/共59頁(yè)第二頁(yè)，共60頁(yè)。3一、直流伺服電動(dòng)機(jī)的構(gòu)成直流電機(jī)由定子、轉(zhuǎn)子和機(jī)座等部分構(gòu)成。機(jī)座磁極勵(lì)磁繞組轉(zhuǎn)子勵(lì)磁式直流電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)1.2直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式和運(yùn)行特性第3頁(yè)/共59頁(yè)第三頁(yè)，共60頁(yè)。41.轉(zhuǎn)子（又稱電樞）由鐵芯、繞組（線圈）、換向器組成。2.定子定子的分類：永磁式：由永久磁鐵做成。勵(lì)磁式：磁極上繞線圈，然后在線圈中通過(guò)直流電，形成電磁鐵。勵(lì)磁的定義：磁極上的線圈通以直流電產(chǎn)生磁通，稱為勵(lì)磁。第4頁(yè)/共59頁(yè)第四頁(yè)，共60頁(yè)。5旋轉(zhuǎn)方向線圈中電流流動(dòng)方向換相器線圈磁極第5頁(yè)/共59頁(yè)第五頁(yè)，共60頁(yè)。6根據(jù)勵(lì)磁線圈和轉(zhuǎn)子繞組的聯(lián)接關(guān)系，勵(lì)磁式的直流電機(jī)又可細(xì)分為：他勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的電源分開。并勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞并聯(lián)到同一電源上。串勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞串聯(lián)接到同一電源上。復(fù)勵(lì)電動(dòng)機(jī)：勵(lì)磁線圈與轉(zhuǎn)子電樞的聯(lián)接有串有并，接在同一電源上。M他勵(lì)UfIfIaUM并勵(lì)UIfM串勵(lì)UM復(fù)勵(lì)U第6頁(yè)/共59頁(yè)第六頁(yè)，共60頁(yè)。7二、工作原理U+–NS電刷換向片直流電源電刷換向器線圈II第7頁(yè)/共59頁(yè)第七頁(yè)，共60頁(yè)。8注意：換向片和電源固定聯(lián)接，線圈無(wú)論怎樣轉(zhuǎn)動(dòng)，總是上半邊的電流向里，下半邊的電流向外。電刷壓在換向片上。由左手定則，通電線圈在磁場(chǎng)的作用下，使線圈逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)。FFU+–NS電刷換向片II換向器作用：將外部直流電轉(zhuǎn)換成內(nèi)部的交流電，以保持轉(zhuǎn)矩方向不變。第8頁(yè)/共59頁(yè)第八頁(yè)，共60頁(yè)。9FFU+–NS電刷換向片IIEE由右手定則，線圈在磁場(chǎng)中旋轉(zhuǎn)，將在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的方向與電流的方向相反。第9頁(yè)/共59頁(yè)第九頁(yè)，共60頁(yè)。直流發(fā)電機(jī)10用右手定則判感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)Ea的方向U+–NSEEIa電樞繞組電阻Ra感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)輸出電壓第10頁(yè)/共59頁(yè)第十頁(yè)，共60頁(yè)。11三.電樞電動(dòng)勢(shì)及電壓平衡關(guān)系電樞通入電流后，產(chǎn)生電磁轉(zhuǎn)矩，使電機(jī)在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)。通電線圈在磁場(chǎng)中轉(zhuǎn)動(dòng)，又會(huì)在線圈中產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)（用E表示）。1、電樞中的感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)FFU+–NS電刷換向片IIEE第11頁(yè)/共59頁(yè)第十一頁(yè)，共60頁(yè)。12根據(jù)右手定則知，E和原通入的電流方向相反，其大小為：Ce：與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)n：電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速：磁通單位：（韋伯），n（轉(zhuǎn)/每分），E（伏）FFU+–NS電刷換向片IIEE第12頁(yè)/共59頁(yè)第十二頁(yè)，共60頁(yè)。132.電樞繞組中電壓的平衡關(guān)系因?yàn)镋與通入的電流方向相反，所以叫反電勢(shì)。U：外加電壓Ra:繞組電阻MRaIaE+–+–U以上兩公式反映的概念：(1)電樞反電動(dòng)勢(shì)的大小和磁通、轉(zhuǎn)速成正比，若想改變E，只能改變

或n。(2)若忽略繞組中的電阻Ra，則，可見(jiàn)，當(dāng)外加電壓一定時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速和磁通成反比，通過(guò)改變

可調(diào)速。第13頁(yè)/共59頁(yè)第十三頁(yè)，共60頁(yè)。14四.電磁轉(zhuǎn)矩Ct：與線圈的結(jié)構(gòu)有關(guān)的常數(shù)（與線圈大小，磁極的對(duì)數(shù)等有關(guān)）：線圈所處位置的磁通Ia：電樞繞組中的電流1、電磁轉(zhuǎn)矩單位：

（韋伯），Ia（安培），T（牛頓米）由轉(zhuǎn)矩公式可知：(1)產(chǎn)生轉(zhuǎn)矩的條件：必須有勵(lì)磁磁通和電樞電流。(2)改變電機(jī)旋轉(zhuǎn)的方向：改變電樞電流的方向或者改變磁通的方向。第14頁(yè)/共59頁(yè)第十四頁(yè)，共60頁(yè)。152、轉(zhuǎn)矩平衡關(guān)系電磁轉(zhuǎn)矩Te為驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩，在電機(jī)運(yùn)行時(shí)，必須和外加負(fù)載和空載損耗的阻轉(zhuǎn)矩相平衡，即TL：負(fù)載轉(zhuǎn)矩T0

：空載轉(zhuǎn)矩轉(zhuǎn)矩平衡過(guò)程：當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩（TL）發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)電機(jī)轉(zhuǎn)速、電動(dòng)勢(shì)、電樞電流的變化，電磁轉(zhuǎn)矩自動(dòng)調(diào)整，以實(shí)現(xiàn)新的平衡。第15頁(yè)/共59頁(yè)第十五頁(yè)，共60頁(yè)。16例：設(shè)外加電樞電壓U一定，Te=TL+T0(平衡)，這時(shí)，若TL突然增加，則調(diào)整過(guò)程為：與原平衡點(diǎn)相比，新的平衡點(diǎn)：Ia

、P入TL

nEIaTe最后達(dá)到新的平衡點(diǎn)。第16頁(yè)/共59頁(yè)第十六頁(yè)，共60頁(yè)。根據(jù)直流電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速公式:17式中：

n

—轉(zhuǎn)速（r/min）；

Ua

—電樞電壓（V）；

Ia

—電樞電流（A）；

Ra

—電樞回路總電阻（）；

—?jiǎng)?lì)磁磁通（Wb）；

Ce—由電機(jī)結(jié)構(gòu)決定的電動(dòng)勢(shì)常數(shù)。1.2.1控制方式第17頁(yè)/共59頁(yè)第十七頁(yè)，共60頁(yè)。調(diào)節(jié)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速的三種方法：調(diào)節(jié)電樞供電電壓Ua改變電樞回路電阻Ra減弱勵(lì)磁磁通18第18頁(yè)/共59頁(yè)第十八頁(yè)，共60頁(yè)。三種調(diào)速方法的性能與比較：

1.改變電阻Ra只能有級(jí)調(diào)速；

2.減弱磁通能夠平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大，可在基速以上作小范圍的弱磁升速。3.調(diào)節(jié)電壓Ua調(diào)速能在較大的范圍內(nèi)無(wú)級(jí)平滑調(diào)速。19第19頁(yè)/共59頁(yè)第十九頁(yè)，共60頁(yè)。直流伺服電動(dòng)機(jī)的控制方式：把控制信號(hào)作為電樞電壓Ua來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，叫電樞控制。把控制信號(hào)加在勵(lì)磁繞組上，通過(guò)控制磁通

來(lái)控制電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速，叫磁場(chǎng)控制。20第20頁(yè)/共59頁(yè)第二十頁(yè)，共60頁(yè)。211.電樞控制勵(lì)磁磁通保持不變，改變電樞繞組的控制電壓。當(dāng)電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，升高電樞電壓，電機(jī)的轉(zhuǎn)速就升高；反之轉(zhuǎn)速就降低。電樞電壓等于零時(shí)，電機(jī)不轉(zhuǎn)。電樞電壓改變極性時(shí)，電機(jī)反轉(zhuǎn)。圖1-1電樞控制原理圖1.2.1控制方式第21頁(yè)/共59頁(yè)第二十一頁(yè)，共60頁(yè)。電樞繞組電壓保持不變，改變勵(lì)磁回路的電壓。若電動(dòng)機(jī)的負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變，當(dāng)升高勵(lì)磁電壓時(shí)，勵(lì)磁電流增加，主磁通增加，電機(jī)轉(zhuǎn)速就降低；反之，轉(zhuǎn)速升高。改變勵(lì)磁電壓的極性，電機(jī)轉(zhuǎn)向隨之改變。盡管磁場(chǎng)控制也可達(dá)到控制轉(zhuǎn)速大小和旋轉(zhuǎn)方向的目的，但勵(lì)磁電流和主磁通之間是非線性關(guān)系，且隨著勵(lì)磁電壓的減小其機(jī)械特性變軟，調(diào)節(jié)特性也是非線性的，故少用。222．磁場(chǎng)控制Te=TL+T0第22頁(yè)/共59頁(yè)第二十二頁(yè)，共60頁(yè)。伺服電動(dòng)機(jī)的運(yùn)行特性包括機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。23機(jī)械特性是指電樞電壓等于常數(shù)時(shí)，轉(zhuǎn)速與電磁轉(zhuǎn)矩之間的函數(shù)關(guān)系，即。把代入式得,為理想空載轉(zhuǎn)速；,為直線的斜率。1.2.2運(yùn)行特性1.機(jī)械特性第23頁(yè)/共59頁(yè)第二十三頁(yè)，共60頁(yè)。24圖1-2直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性機(jī)械特性為一直線1.2.2運(yùn)行特性n0--理想空載轉(zhuǎn)速TK--堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩--直線斜率第24頁(yè)/共59頁(yè)第二十四頁(yè)，共60頁(yè)。（1）n0、Te、k的物理意義理想空載轉(zhuǎn)速n0：n0是電磁轉(zhuǎn)矩Te=0時(shí)的轉(zhuǎn)速，由于電機(jī)空載時(shí)Te=T0，電機(jī)的空載轉(zhuǎn)速低于理想空載轉(zhuǎn)速。251.2.2運(yùn)行特性第25頁(yè)/共59頁(yè)第二十五頁(yè)，共60頁(yè)。（1）n0、Te、k的物理意義26堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩Tk：Tk是轉(zhuǎn)速n=0時(shí)的電磁轉(zhuǎn)矩。1.2.2運(yùn)行特性第26頁(yè)/共59頁(yè)第二十六頁(yè)，共60頁(yè)。（1）n0、Te、k的物理意義27機(jī)械特性的斜率k

：斜率k前面的負(fù)號(hào)表示直線是下傾的。斜率k的大小直接表示了電動(dòng)機(jī)電磁轉(zhuǎn)矩變化所引起的轉(zhuǎn)速變化程度。斜率k大，轉(zhuǎn)矩變化時(shí)轉(zhuǎn)速變化大，機(jī)械特性軟。反之，斜率k小，機(jī)械特性就硬。1.2.2運(yùn)行特性第27頁(yè)/共59頁(yè)第二十七頁(yè)，共60頁(yè)。28n0和Tk都與電樞電壓成正比，而斜率k則與電樞電壓無(wú)關(guān)。對(duì)應(yīng)于不同的電樞電壓可以得到一組相互平行的機(jī)械特性曲線。圖1-3不同控制電壓時(shí)的機(jī)械特性直流伺服電動(dòng)機(jī)由放大器供電時(shí)，放大器可以等效為一個(gè)電動(dòng)勢(shì)源與其內(nèi)阻串聯(lián)。內(nèi)阻使直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)械特性變軟。（2）電樞電壓對(duì)機(jī)械特性的影響第28頁(yè)/共59頁(yè)第二十八頁(yè)，共60頁(yè)。調(diào)節(jié)特性是指負(fù)載轉(zhuǎn)矩不變時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速與電樞電壓之間的函數(shù)關(guān)系，即由得29為特性曲線的斜率；為由負(fù)載阻轉(zhuǎn)矩決定的常數(shù)。2.調(diào)節(jié)特性第29頁(yè)/共59頁(yè)第二十九頁(yè)，共60頁(yè)。30圖1-4直流伺服電動(dòng)機(jī)的調(diào)節(jié)特性調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。Ua0–始動(dòng)電壓K1

–特性斜率第30頁(yè)/共59頁(yè)第三十頁(yè)，共60頁(yè)。始動(dòng)電壓Ua0：Ua0是電動(dòng)機(jī)處在待動(dòng)而又未動(dòng)臨界狀態(tài)時(shí)的控制電壓。31由，當(dāng)n=0時(shí)，便可求得由于，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，始動(dòng)電壓越高。而且控制電壓從0到Ua0一段范圍內(nèi)，電機(jī)不轉(zhuǎn)動(dòng)，故把此區(qū)域稱為電動(dòng)機(jī)的死區(qū)。（1）Ua0和k1的物理意義第31頁(yè)/共59頁(yè)第三十一頁(yè)，共60頁(yè)。32斜率k1：是由電機(jī)本身參數(shù)決定的常數(shù)，與負(fù)載無(wú)關(guān)。（1）Ua0和k1的物理意義第32頁(yè)/共59頁(yè)第三十二頁(yè)，共60頁(yè)。總阻轉(zhuǎn)矩Ts變化時(shí)，，斜率k1保持不變。因此對(duì)應(yīng)于不同的總阻轉(zhuǎn)矩，可以得到一組相互平行的調(diào)節(jié)特性。33圖1-5不同負(fù)載時(shí)的調(diào)節(jié)特性（2）總阻轉(zhuǎn)矩對(duì)調(diào)節(jié)特性的影響第33頁(yè)/共59頁(yè)第三十三頁(yè)，共60頁(yè)。34當(dāng)電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速很低時(shí)，轉(zhuǎn)速就不均勻，出現(xiàn)時(shí)快、時(shí)慢，甚至?xí)簳r(shí)停一下的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象稱為直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性。（1）低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定的原因電樞齒槽的影響

低速時(shí)，反電動(dòng)勢(shì)的平均值很小，因而電樞齒槽效應(yīng)等引起電動(dòng)勢(shì)脈動(dòng)的影響增大，導(dǎo)致電磁轉(zhuǎn)矩波動(dòng)比較明顯。3．直流伺服電動(dòng)機(jī)低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性第34頁(yè)/共59頁(yè)第三十四頁(yè)，共60頁(yè)。35電刷接觸壓降的影響低速時(shí)，控制電壓很低，電刷和換向器之間的接觸壓降開始不穩(wěn)定，影響電樞上有效電壓的大小，從而導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。電刷和換向器之間摩擦的影響低速時(shí)，電刷和換向器之間的摩擦轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，造成電機(jī)本身的阻轉(zhuǎn)矩T0不穩(wěn)定，因而導(dǎo)致總阻轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。（2）解決的措施穩(wěn)速控制電路：使轉(zhuǎn)速平穩(wěn)。直流力矩電動(dòng)機(jī):低速穩(wěn)定性好。第35頁(yè)/共59頁(yè)第三十五頁(yè)，共60頁(yè)。36

動(dòng)態(tài)特性是指在電樞控制條件下，在電樞繞組上加階躍電壓時(shí)，電機(jī)轉(zhuǎn)速n和電樞電流ia隨時(shí)間變化的規(guī)律。產(chǎn)生過(guò)渡過(guò)程的原因是電機(jī)中存在機(jī)械慣性和電磁慣性。1.3直流伺服電動(dòng)機(jī)的動(dòng)態(tài)特性1.3.1過(guò)渡過(guò)程中的電機(jī)方程電壓平衡方程式轉(zhuǎn)矩平衡方程式其中第36頁(yè)/共59頁(yè)第三十六頁(yè)，共60頁(yè)。37由于在小功率的隨動(dòng)系統(tǒng)中，選擇電動(dòng)機(jī)時(shí)總是使電動(dòng)機(jī)的額定轉(zhuǎn)矩遠(yuǎn)大于軸上的總阻轉(zhuǎn)矩。為了推導(dǎo)方便，可以先假定，這樣。由和可得把ia和代入，兩邊乘以得第37頁(yè)/共59頁(yè)第三十七頁(yè)，共60頁(yè)。38令為機(jī)電時(shí)間常數(shù)；為電氣時(shí)間常數(shù)；為理想空載轉(zhuǎn)速，則上式可化為是轉(zhuǎn)速的二階微分方程，對(duì)已制成的電機(jī)而言,都是常數(shù)。第38頁(yè)/共59頁(yè)第三十八頁(yè)，共60頁(yè)。39第39頁(yè)/共59頁(yè)第三十九頁(yè)，共60頁(yè)。40第40頁(yè)/共59頁(yè)第四十頁(yè)，共60頁(yè)。411.3.2轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律對(duì)于二階常系數(shù)非齊次常微分方程

進(jìn)行拉氏變換得特征方程為其兩個(gè)根為轉(zhuǎn)速表達(dá)式為第41頁(yè)/共59頁(yè)第四十一頁(yè)，共60頁(yè)。42由初始條件，時(shí)，轉(zhuǎn)速，加速度，故有由此解得

轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律為用同樣的分析方法，可找出過(guò)渡過(guò)程中電樞電流隨時(shí)間的變化規(guī)律

1.3.2轉(zhuǎn)速隨時(shí)間的變化規(guī)律第42頁(yè)/共59頁(yè)第四十二頁(yè)，共60頁(yè)。43⑴當(dāng)時(shí)，由，和兩根都為負(fù)實(shí)數(shù)。由和可知，電樞電感較小、電樞電阻較大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較大時(shí)是這種情況。1.3.3過(guò)渡過(guò)程曲線在過(guò)渡過(guò)程中，轉(zhuǎn)速和電流隨時(shí)間的變化是非周期的。圖1-6在時(shí),的過(guò)渡過(guò)程第43頁(yè)/共59頁(yè)第四十三頁(yè)，共60頁(yè)。44由和可知，電樞電感較大、電樞電阻較小、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量較小時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)這種振蕩現(xiàn)象。圖1-7在時(shí),的過(guò)渡過(guò)程(2)當(dāng)時(shí)，由，和兩根是共軛復(fù)數(shù)。在過(guò)渡過(guò)程中，轉(zhuǎn)速和電流隨時(shí)間的變化是周期性的。1.3.3過(guò)渡過(guò)程曲線第44頁(yè)/共59頁(yè)第四十四頁(yè)，共60頁(yè)。45⑶當(dāng)時(shí)（多數(shù)情況滿足這一條件），很小可以忽略不計(jì)。此時(shí)轉(zhuǎn)速n為按指數(shù)上升的曲線，為按指數(shù)下降的曲線?？珊?jiǎn)化為一階微分方程其解為

同樣可得

于是式圖1-8在時(shí),的過(guò)渡過(guò)程1.3.3過(guò)渡過(guò)程曲線第45頁(yè)/共59頁(yè)第四十五頁(yè)，共60頁(yè)。46把代入，得實(shí)用上，被定義為轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵娇蛰d轉(zhuǎn)速的63.2%所需的時(shí)間。把代入，可得⑷關(guān)于機(jī)電時(shí)間常數(shù)機(jī)電時(shí)間常數(shù)定義：電機(jī)在空載狀態(tài)下，勵(lì)磁繞組加額定勵(lì)磁電壓，電樞加階躍額定控制電壓時(shí)，轉(zhuǎn)速?gòu)牧闵嚼硐肟蛰d轉(zhuǎn)速的63.2%所需的時(shí)間。可認(rèn)為過(guò)渡過(guò)程基本結(jié)束，所以為過(guò)渡過(guò)程所需時(shí)間。1.3.3過(guò)渡過(guò)程曲線第46頁(yè)/共59頁(yè)第四十六頁(yè)，共60頁(yè)。471.3.4機(jī)電時(shí)間常數(shù)與電機(jī)參數(shù)的關(guān)系機(jī)電時(shí)間常數(shù)與機(jī)械特性的斜率k是正比關(guān)系，即機(jī)械特性的斜率越小，特性越硬，機(jī)電時(shí)間常數(shù)越小，過(guò)渡過(guò)程越短；反之就越長(zhǎng)。一般直流伺服電動(dòng)機(jī)的機(jī)電時(shí)間常數(shù)大約在十幾毫秒到幾十毫秒之間。機(jī)電時(shí)間常數(shù)與旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量J、電樞回路的電阻成正比。機(jī)電時(shí)間常數(shù)還可以表示為1.3.3過(guò)渡過(guò)程曲線第47頁(yè)/共59頁(yè)第四十七頁(yè)，共60頁(yè)。48結(jié)構(gòu)1.4特種直流伺服電動(dòng)機(jī)1.4.1直流力矩電動(dòng)機(jī)直流力矩電動(dòng)機(jī)就是為滿足低轉(zhuǎn)速大轉(zhuǎn)矩負(fù)載的需要而設(shè)計(jì)制造的電機(jī)。直流力矩電動(dòng)機(jī)一般做成圓盤狀，電樞長(zhǎng)度和直徑之比一般為0.2左右；永磁多極式；槽數(shù)、換向片數(shù)和串聯(lián)導(dǎo)體數(shù)多。圖1-9直流力矩電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖1-定子；2-電樞鐵心；3-電樞繞組；4-槽楔；5-電刷；6-刷架第48頁(yè)/共59頁(yè)第四十八頁(yè)，共60頁(yè)。49為什么做成圓盤狀？在電樞電動(dòng)勢(shì)、每極磁通和導(dǎo)體電流相同的條件下，增加導(dǎo)體數(shù)N和極對(duì)數(shù)p，能使轉(zhuǎn)速n降低，電磁轉(zhuǎn)矩Te增大。增加電樞直徑，可以使電樞槽面積變大，以便把更多的導(dǎo)體放入槽內(nèi)。同時(shí)電樞直徑的增加，使電機(jī)定子內(nèi)徑變大，可以放置更多的磁極。特點(diǎn)電機(jī)轉(zhuǎn)速低、轉(zhuǎn)矩大，能夠長(zhǎng)期在堵轉(zhuǎn)或低速狀態(tài)下運(yùn)行；反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動(dòng)小；機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好。1.4.1直流力矩電動(dòng)機(jī)第49頁(yè)/共59頁(yè)第四十九頁(yè)，共60頁(yè)。501.4.2低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)1．杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)又稱動(dòng)圈式直流伺服電動(dòng)機(jī)。結(jié)構(gòu)杯形電樞繞組是用導(dǎo)線繞在繞線模上，然后用環(huán)氧樹脂定形做成的。杯形轉(zhuǎn)子內(nèi)外兩側(cè)有內(nèi)外定子構(gòu)成磁路。由于轉(zhuǎn)子內(nèi)外側(cè)都需要有足夠的氣隙，所以氣隙大，磁阻大，磁動(dòng)勢(shì)利用率低。圖1-10杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)l-內(nèi)磁軛；2-電樞繞組；3-永久磁鋼；4-機(jī)殼(磁軛)；5-電刷；6-換向器第50頁(yè)/共59頁(yè)第五十頁(yè)，共60頁(yè)。51低慣量；靈敏度高，時(shí)間常數(shù)很小（最小在1ms以下）；損耗小，效率高；力矩波動(dòng)小，低速轉(zhuǎn)動(dòng)平穩(wěn)，噪音很??；換向性能好，壽命長(zhǎng)。特點(diǎn)杯形轉(zhuǎn)子直流伺服電動(dòng)機(jī)已系列化生產(chǎn)，輸出功率從零點(diǎn)幾瓦至5kW，多用于高精度自動(dòng)控制系統(tǒng)及測(cè)量裝置等設(shè)備中。1.4.2低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)第51頁(yè)/共59頁(yè)第五十一頁(yè)，共60頁(yè)。522．印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)結(jié)構(gòu)

轉(zhuǎn)子呈薄片圓盤狀，厚度一般為(1.5~2)mm，轉(zhuǎn)子的絕緣基片是環(huán)氧玻璃布膠板。膠合在基片兩側(cè)的銅箔用印刷電路制成雙面電樞繞組，電樞導(dǎo)體還兼作換向片。定子由永久磁鋼和前后盤狀軛鐵組成，軛鐵兼作前后端蓋。組成多極的磁鋼膠合在軛鐵一側(cè)，在電機(jī)中形成軸向的平面氣隙。圖1-11印制繞組直流伺服電動(dòng)機(jī)l-后軛鐵(端蓋)；2-永久磁鋼；3-電刷；4-印制繞組；5-機(jī)殼；6-前軛鐵(端蓋)1.4.2低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)第52頁(yè)/共59頁(yè)第五十二頁(yè)，共60頁(yè)。53

性能特點(diǎn)電機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，制造成本低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；力矩波動(dòng)很小，低速運(yùn)行穩(wěn)定；換向性能好；電樞轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，反應(yīng)快，機(jī)電時(shí)間常數(shù)一般為(10~15)ms。3．無(wú)槽電樞直流伺服電動(dòng)機(jī)電樞鐵心是光滑、無(wú)槽的圓柱體。電樞繞組敷設(shè)在光滑電樞鐵心表面，用環(huán)氧樹脂固化成型并與鐵心粘結(jié)在一起。氣隙尺寸比普通的直流伺服電動(dòng)機(jī)大10倍以上。

結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

轉(zhuǎn)動(dòng)慣量低；起動(dòng)轉(zhuǎn)矩大；反應(yīng)快；低速運(yùn)行均勻；換向性能良好。目前電機(jī)的輸出功率在幾十瓦~10kW，機(jī)電時(shí)間常數(shù)為(5~10)ms。1.4.2低慣量直流伺服電動(dòng)機(jī)第53頁(yè)/共59頁(yè)第五十三頁(yè)，共60頁(yè)。541.5直線直流電動(dòng)機(jī)直線直流電動(dòng)機(jī)把直流電壓轉(zhuǎn)換為直線位移或速度。按勵(lì)磁方式可分為永磁式和電磁式兩大類。1.永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)永磁式直線直流電動(dòng)機(jī)，按照它的結(jié)構(gòu)可分為動(dòng)圈型和動(dòng)鐵型兩種。動(dòng)圈型的結(jié)構(gòu)與原理

圖1-12動(dòng)圈型直線永磁直流電動(dòng)機(jī)原理結(jié)構(gòu)圖1-移動(dòng)線圈；2-永久磁鋼；3-軟鐵永久磁鋼在氣隙中產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)可移動(dòng)線圈中通入直流電流時(shí)，便產(chǎn)生電磁力方向可由左手定則確定，改變直流電流的大小和方向，可改變電磁力的大小和方向。第54頁(yè)/共59頁(yè)第五十四頁(yè)，共60頁(yè)。55動(dòng)圈型直線直流電機(jī)的典型實(shí)用結(jié)構(gòu)如圖為平面矩形磁鋼的直線電動(dòng)機(jī)，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但線圈端部沒(méi)有得到利用；漏磁通大，即磁鋼未得到充分利用。

圖1-13矩形磁鋼動(dòng)圈型直線永磁直流電動(dòng)機(jī)1-矩形磁鋼；2-軟鐵；3-移動(dòng)線圈如圖為環(huán)形磁鋼的直線電動(dòng)機(jī)，其結(jié)構(gòu)主要是圓筒形的，導(dǎo)體的有效長(zhǎng)度能得到充分利用。圖1-14環(huán)形磁鋼動(dòng)圈型直線永磁直流電動(dòng)機(jī)1-環(huán)形磁鋼；2-圓筒形導(dǎo)磁體；3-移動(dòng)線圈1.5直線直流電動(dòng)機(jī)第55頁(yè)/共59頁(yè)第五十五頁(yè)，共60頁(yè)。56動(dòng)鐵型永磁直線直流電動(dòng)機(jī)