掌握直流伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和勵磁方式掌握直流伺服電機(jī)工作原理了解直流伺服電機(jī)技術(shù)參數(shù)掌握直流伺服電機(jī)控制方式和特性

掌握直流伺服電機(jī)動態(tài)特性了解常見特種伺服電機(jī)結(jié)構(gòu)和特點(diǎn)了解直流伺服電機(jī)在足球機(jī)器人中

的應(yīng)用

機(jī)器人直流伺服電動機(jī)驅(qū)動及控制

●

06040305070102學(xué)習(xí)目標(biāo)今伺服電動機(jī)控制系統(tǒng)又稱隨動系統(tǒng)，是用來精確地跟隨或復(fù)現(xiàn)某個過程的反饋控制系統(tǒng)。今很多情況下，伺服系統(tǒng)專指被控制量(系統(tǒng)的輸出量)是機(jī)械位移或速度、加速度的反饋控制系統(tǒng)。作用是使輸出的機(jī)械位移/轉(zhuǎn)角準(zhǔn)確地跟蹤輸入的位移/轉(zhuǎn)角。伺服電動機(jī)又稱執(zhí)行電動機(jī)

，在自動控制系統(tǒng)中用作執(zhí)行元件。將輸入的電壓信號變換成轉(zhuǎn)軸的角位移或角速度

，來驅(qū)動控制對象。輸入的電壓信號又稱為控制信號或控制電壓。改變控制電壓可改變伺服電動機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。良好的調(diào)速性能、較大的起動轉(zhuǎn)矩及快速響應(yīng)結(jié)構(gòu)簡單、運(yùn)行可靠

、維護(hù)方便。伺服電動機(jī)

3.1概述直流伺服電動機(jī)伺服電動機(jī)定義交流伺服電動機(jī)

調(diào)速范圍廣。電機(jī)轉(zhuǎn)速隨控制電壓的變化能在更寬范圍內(nèi)連續(xù)調(diào)節(jié)。

機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性化。線性的機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性利于提高機(jī)器人動態(tài)精度。

無“自轉(zhuǎn)”現(xiàn)象。在控制電壓為零時能自行停轉(zhuǎn)。

響應(yīng)速度快。轉(zhuǎn)速能隨控制電壓的改變而迅速變化。

可承受高強(qiáng)度工作環(huán)境，需要進(jìn)行頻繁換向和加減速運(yùn)行，可承受短時的數(shù)倍過載。

體積小，重量輕，使用壽命長

，方便配合機(jī)器人的體形。工業(yè)機(jī)器人對伺服電動機(jī)的基本要求

3.1概述

直流伺服電機(jī)有永磁式和電磁式兩種類型。

電磁式直流伺服電機(jī)按勵磁方式分為他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。

由定子

(固定部分)和轉(zhuǎn)子

(旋轉(zhuǎn)部分)兩大部分組成。定、轉(zhuǎn)子之間存在氣隙。

定子用來安裝磁極和電機(jī)自身的支撐，包括定子鐵心、勵磁繞組、機(jī)殼、端蓋和電刷裝置等。

轉(zhuǎn)子用來感應(yīng)電勢和實(shí)現(xiàn)能量轉(zhuǎn)換，稱為電樞，包括電樞鐵心、電樞繞組、換向器和軸等。

3.2

直流伺服電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式3.2.1

基本結(jié)構(gòu)

上述勵磁方式稱為電磁式。定子磁極還可以用永磁體制成，稱為永磁式。小容量直流伺服電機(jī)定子鐵心將磁極和磁軛連為一體

，用0.35-0.5mm厚的電工鋼片的沖片疊壓而成。機(jī)殼由鋁合金澆鑄而成。

勵磁繞組由銅線繞制而成，包上絕緣材料后套在磁極上。當(dāng)勵磁繞組通以直流電時，產(chǎn)生磁通，形成N、S極。

3.2

直流伺服電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式奮

定子鐵心和勵磁繞組

電樞鐵心用0.35-0.5mm厚的電工鋼片的沖片疊壓而成。鐵心上的槽放置繞組

，

電樞

鐵心也是主磁通磁路的組成部分。為減少鐵心的渦流損耗，鐵心沖片兩面要有絕緣層。

絕緣銅導(dǎo)線嵌入槽中，兩端按照一定規(guī)律接到換向器上組成電樞繞組。

3.2

直流伺服電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式奮

電樞鐵心和電樞繞組

換向器是由許多換向片

(銅片)

疊裝而成。

換向

片之間用塑料或云母絕緣

，各換向片和元件相連。換向器有金屬套筒式換向器和塑料換向器。

電刷放在電刷座中

，用彈簧將它壓在換向器上

，

和換向器有良好的滑動接觸。

電刷和換向器的作用是將電樞繞組中的交變電勢

轉(zhuǎn)換成電刷間的直流電勢。

3.2

直流伺服電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式奮

換向器和電刷

直流伺服電機(jī)按勵磁繞組與電樞繞組不同的連接方式分他勵、并勵、串勵和復(fù)勵四種。

3.2

直流伺服電動機(jī)基本結(jié)構(gòu)和勵磁方式3.2.2

勵磁方式

加在直流伺服電機(jī)上的直流電源，借助換向器和電刷，使直流電機(jī)電樞線圈中流過的電流

方向交變，電樞產(chǎn)生的電磁轉(zhuǎn)矩方向恒定不變，確保直流伺服電機(jī)以確定方向連續(xù)旋轉(zhuǎn)。

3.3

直流伺服電動機(jī)工作原理3.3.1

工作原理概述

電動機(jī)工作時轉(zhuǎn)子線圈在磁場中轉(zhuǎn)動切割磁感線，

線圈將產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。

電機(jī)轉(zhuǎn)子線圈中有電流，則處于磁場中的線圈導(dǎo)體必然會受到電磁力的作用。式中Ea電樞電動勢；

φ一對磁極磁通；

n電樞旋轉(zhuǎn)速度；

Ke電動勢常數(shù)，與電機(jī)結(jié)構(gòu)有關(guān)。電磁轉(zhuǎn)矩

T

與每極磁通量

φ

和電樞電流

Ia

的乘積成正比。式中

T

電樞繞組電磁轉(zhuǎn)矩；

φ一對磁極磁通；

Km轉(zhuǎn)矩常數(shù)

3.3

直流伺服電動機(jī)工作原理3.3.2

感應(yīng)電動勢和電磁轉(zhuǎn)矩

額定功率：電動機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時的輸出功率。

額定電壓：額定狀態(tài)下運(yùn)行，勵磁繞組和電樞控制繞組上應(yīng)加的電壓額定值。

額定電流：額定電壓下，驅(qū)動負(fù)載為額定功率時繞組中的電流。

額定轉(zhuǎn)速：額定電壓下，輸出額定功率時的轉(zhuǎn)速。調(diào)速范圍一般在額定轉(zhuǎn)速以下。

額定轉(zhuǎn)矩：電動機(jī)在額定狀態(tài)下運(yùn)行時的輸出轉(zhuǎn)矩。

最大轉(zhuǎn)矩：

電動機(jī)在短時間內(nèi)輸出的最大轉(zhuǎn)矩

，反映了電動機(jī)的瞬時過載能力。最大轉(zhuǎn)矩一般可達(dá)額定轉(zhuǎn)矩的5-10倍。

3.4

直流伺服電動機(jī)技術(shù)參數(shù)和運(yùn)行特點(diǎn)3.4.1

技術(shù)參數(shù)

直流伺服電機(jī)具有線性調(diào)節(jié)作用，通過控制電樞電壓大小和極性，可控制轉(zhuǎn)

速和轉(zhuǎn)向。當(dāng)電樞電壓為零時，由于轉(zhuǎn)子慣量小，電機(jī)能立即停止。

直流伺服電機(jī)具有較大啟動轉(zhuǎn)矩和較小轉(zhuǎn)動慣量，控制信號輸入、增加、減

小或消失的瞬間，

電機(jī)能夠快速起動、增速、減速或停止。

直流伺服電機(jī)具有較硬的機(jī)械特性，

能夠在較寬的速度范圍內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行。

3.4

直流伺服電動機(jī)技術(shù)參數(shù)和運(yùn)行特點(diǎn)3.4.2

運(yùn)行特點(diǎn)

個

響應(yīng)迅速個

穩(wěn)定性好個

可控性好

改變電樞電壓

Ua

和改變勵磁磁通

φ

都可改變電動機(jī)的轉(zhuǎn)速。

控制方式：

奮

電樞控制

控制電樞電壓

U

(永磁式直流伺服電機(jī))

電樞回路中的電壓平衡方程式為

將式

代入上式，可得出電樞電流Ia表示式為：a

奮

磁場控制

控制磁通

φ

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性3.5.1

控制方式

進(jìn)一步變換可得：機(jī)械特性指直流電動機(jī)的轉(zhuǎn)速n與電磁轉(zhuǎn)矩T之間的關(guān)系曲線，即n=f(T)轉(zhuǎn)矩—轉(zhuǎn)速特性。k

機(jī)械特性的斜率，表示電機(jī)機(jī)械特性的硬度，即電磁轉(zhuǎn)矩變化所引起的轉(zhuǎn)速變化程度。n0

理想空載轉(zhuǎn)速。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

直流伺服電機(jī)運(yùn)行特性指機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性。由轉(zhuǎn)速公式：將式個

機(jī)械特性3.5.2

運(yùn)行特性

代入上式，可得：個

人為機(jī)械特性

固有機(jī)械特性需滿足三個條件，即U=UN

，φ=φN

和電樞回路沒有外接電阻。改變其中任何一個條件，

都會使電動機(jī)的機(jī)械特性發(fā)生變化。

人為機(jī)械特性是

指通過改變這些參數(shù)所得到的機(jī)械特性。

當(dāng)電機(jī)的電樞電壓及磁通均為額定值(即

U=UN

，φ=φN)，且電樞回路沒有外接電阻時的機(jī)械特性稱為固有機(jī)械特性，又稱自然特性。方程式為：

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

個

機(jī)械特性個

電樞回路串接附加電阻

與固有特性相比，

人為機(jī)械特性特點(diǎn)：令

理想空載轉(zhuǎn)速相同令

轉(zhuǎn)速降變大，即特性變軟。

Rad越大，特性越軟。

電樞回路串接附加電

阻時的人為機(jī)械特性可

用于直流伺服電機(jī)的啟

動及調(diào)速。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

機(jī)械特性方程式為：

不同電樞電壓的人為機(jī)械特性曲線均在固有機(jī)械特

性曲線之下調(diào)節(jié)。

改變電樞電壓時的人為機(jī)械特性常用于需要平滑調(diào)

速的場合。

與固有特性相比，

人為機(jī)械特性特點(diǎn)：令

理想空載轉(zhuǎn)速隨電壓變化而變化，特性斜率不變。令

轉(zhuǎn)速降不變，較串電阻時的人為機(jī)械特性硬。令

降低電壓，電動機(jī)轉(zhuǎn)速降低。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

機(jī)械特性方程式為：個

改變電樞電壓

機(jī)械特性方程式為：

與固有特性相比，

人為機(jī)械特性特點(diǎn)：令

理想空載轉(zhuǎn)速隨磁通減弱而上升。令

轉(zhuǎn)速降增加(減弱磁通)，機(jī)械特性變軟。令

特性曲線上移且變軟(減弱磁通)。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

減弱磁通可用于平滑調(diào)速，但調(diào)速范圍不大。

個

改變磁通

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

他勵直流伺服電動機(jī)的固有機(jī)械特性和人為機(jī)械特性都是直線。繪制固有機(jī)械特性曲線時，常選擇理想空載點(diǎn)(0

，

n0)和額定工作點(diǎn)(TN

，

nN)這兩個特殊點(diǎn)。

計算額定電磁轉(zhuǎn)矩Q

計算理想空載轉(zhuǎn)速個

繪制機(jī)械特性曲線

計算電樞電阻Q

計算電樞電阻

一臺他勵直流伺服電動機(jī)，

PN

=10kW

，

UN

=220V

，

IN

=50A

，

nN

=1500r/min，額定負(fù)載，

求解以下問題：o固有機(jī)械特性。@電樞回路串電阻Rad

=0.4Ω時人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速nRN。

電源電壓降低為110V時的人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速

。

減弱磁通φ=0.8φN時的人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速

。o

固有機(jī)械特性

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

今

例題@

串電阻時的人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速

電壓降低時的人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速

計算額定電磁轉(zhuǎn)矩

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性o

固有機(jī)械特性

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

減弱磁通時的人為機(jī)械特性和轉(zhuǎn)速上述四步對應(yīng)的機(jī)械特性曲線

調(diào)節(jié)特性：電動機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速

n

隨電樞電壓

Ua

變化的關(guān)系。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩

TL

保持不變時，電機(jī)軸上總阻轉(zhuǎn)矩

Ts

=TL

+T0

也保持不變，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時

Ua0

∝Ts

，即負(fù)載轉(zhuǎn)矩越大，始動電壓越高?？刂齐妷簭牧愕?/p>

Ua0

電動機(jī)不轉(zhuǎn)動，稱為死區(qū)。負(fù)載越大，死區(qū)也越大。

調(diào)節(jié)特性為一上翹的直線。調(diào)節(jié)特性與橫軸交點(diǎn)Ua0稱為始動電壓，是電機(jī)處在待動而未動的臨界狀態(tài)時的控制電壓。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

個

調(diào)節(jié)特性

當(dāng)電動機(jī)轉(zhuǎn)速很低時，其轉(zhuǎn)動不均勻，出現(xiàn)時快、時慢，甚至?xí)簳r停轉(zhuǎn)現(xiàn)象，稱為低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性。

產(chǎn)生原因：令

電樞齒槽影響。低速時，反電勢平均值很小，電樞齒槽效應(yīng)引起電勢脈動增大，導(dǎo)致

電磁轉(zhuǎn)矩波動明顯。令

電刷接觸壓降影響。低速時，控制電壓很低，電刷和換向器間的接觸壓降不穩(wěn)定，影

響電樞上電壓，導(dǎo)致輸出轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。令

電刷和換向器之間摩擦影響。低速時，電刷和換向器間的摩擦轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，造成電機(jī)

初始阻轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定，導(dǎo)致總阻轉(zhuǎn)矩不穩(wěn)定。

低速運(yùn)轉(zhuǎn)的不穩(wěn)定性在控制系統(tǒng)中造成誤差。當(dāng)要求電機(jī)在低轉(zhuǎn)速下運(yùn)行時，必須在控

制線路中采取措施，使其轉(zhuǎn)速平穩(wěn)，或者選用低速穩(wěn)定性好的直流力矩電動機(jī)。

3.5

直流伺服電動機(jī)控制方法和運(yùn)行特性

個

調(diào)節(jié)特性

調(diào)節(jié)特性：電動機(jī)在一定的負(fù)載轉(zhuǎn)矩下，穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)速n隨電樞電壓Ua變化的關(guān)系。當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩TL保持不變時，電機(jī)軸上總阻轉(zhuǎn)矩Ts=TL+T0也保持不變，電機(jī)穩(wěn)態(tài)運(yùn)行時

動態(tài)特性:

電樞控制下

，

電樞繞組上加階躍電壓

，

電機(jī)轉(zhuǎn)速和電樞電流隨時間變化的規(guī)

律。

這是處在過渡過程中的動態(tài)問題。

當(dāng)電機(jī)工況發(fā)生變化時

，總存在著一個過渡過程

，即由一個穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)變化到另一個

穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)，需要經(jīng)歷一段時間才能完成。

產(chǎn)生過渡過程原因主要是電動機(jī)中存在著機(jī)械和電磁兩種慣性。轉(zhuǎn)動慣量和電感是產(chǎn)生

機(jī)械過渡過程和電磁過渡過程的主要因素。

電磁過渡過程所需時間比機(jī)械過渡過程短得多

，許多場合

，只考慮機(jī)械過渡過程

，忽略

電磁過渡過程。3.6

直流伺服電動機(jī)動態(tài)特性

轉(zhuǎn)矩平衡方程式：

τm為機(jī)電時間常數(shù)，

τd為電磁時間常數(shù)，

n0為理想空載轉(zhuǎn)速。過渡過程中，電磁轉(zhuǎn)矩和感應(yīng)電勢：動態(tài)電壓平衡方程式：上式化簡整理：大多數(shù)情況下，特別是放大器內(nèi)阻與電樞繞組相串聯(lián)時，則有τm遠(yuǎn)大于τd

，τd忽略不計，上式簡化為：

研究電動機(jī)過渡過程，是將過渡過程中的物理規(guī)律用微分方程表示。3.6

直流伺服電動機(jī)動態(tài)特性個

3.6.1過渡過程分析

其解為：

機(jī)電時間常數(shù)

τm

與旋轉(zhuǎn)部分的轉(zhuǎn)動慣量J、

電樞回路電阻

Ra

成正比。

機(jī)電時間常數(shù)表示了電機(jī)過渡過程時間的長短，反映了電動機(jī)轉(zhuǎn)速跟隨信號變化的快慢程度，是伺服電機(jī)一項重要的動態(tài)性能指標(biāo)。一般直流伺服電動機(jī)的機(jī)電時間常數(shù)在十幾毫秒

到幾十毫秒之間。

機(jī)電時間常數(shù)τm

：電動機(jī)空載狀態(tài)下，勵磁繞組加額定勵磁電壓，電樞加階躍額定控制電壓時，轉(zhuǎn)速從零上升到理想空載轉(zhuǎn)速的63.2%所需要的時間。

3τm為過渡過程時間。

電機(jī)過渡過程時間的長短主要由機(jī)電時間常數(shù)τm來決定。3.6

直流伺服電動機(jī)動態(tài)特性個

3.6.2

機(jī)電時間常數(shù)與電動機(jī)參數(shù)的關(guān)系個

3.6.1

過渡過程分析

直流伺服電動機(jī)因具有起動轉(zhuǎn)矩大、調(diào)速范圍廣、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線性度好、控制

方便等優(yōu)點(diǎn)，獲得了廣泛的應(yīng)用。

但是

，

因直流伺服電動機(jī)存在轉(zhuǎn)子鐵心且鐵心有齒和槽

，具有轉(zhuǎn)動慣量大、機(jī)電時間常數(shù)大和靈敏度差

，低速轉(zhuǎn)矩波動大、轉(zhuǎn)動不平穩(wěn)

，換向火花大、壽命短和無線電干擾大等

性能上的缺陷，其應(yīng)用受到一定的限制。直流伺服電動機(jī)直流力矩電動機(jī)克服上述缺點(diǎn)低慣量直流伺服電動機(jī)3.7

特種直流伺服電動機(jī)

力矩電機(jī)是一種能低速運(yùn)轉(zhuǎn)并產(chǎn)生較大轉(zhuǎn)矩的控制電機(jī)。能和負(fù)載直接相連

，帶動負(fù)載

在堵轉(zhuǎn)或遠(yuǎn)低于空載轉(zhuǎn)速下運(yùn)轉(zhuǎn)的電動機(jī)。

具有反應(yīng)速度快、轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速波動小、能在低轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)行、機(jī)械特性和調(diào)節(jié)特性線

性度好等優(yōu)點(diǎn)，特別適用于在位置伺服系統(tǒng)和低速伺服系統(tǒng)中作為執(zhí)行元件。

直流力矩電動機(jī)工作原理和普通直流伺服電動機(jī)相同。

一般直流伺服電動機(jī)為減少轉(zhuǎn)動慣量，大部分做成細(xì)長的圓柱形。而直流力矩電動機(jī)為能在相同體積和電樞電壓下，產(chǎn)生比較大的轉(zhuǎn)矩和較低的轉(zhuǎn)速，一般做成圓盤狀。3.7

特種直流伺服電動機(jī)今

3.7.1直流力矩電動機(jī)

奮

基本結(jié)構(gòu)令

轉(zhuǎn)矩大

從直流電機(jī)基本工作原理可知，每根導(dǎo)體所受的電磁力和電磁轉(zhuǎn)矩為電磁轉(zhuǎn)矩為

N電樞繞組總的導(dǎo)體數(shù)；

D電樞鐵心直徑。其他條件相同，增大電動機(jī)直徑，減小軸向長度，有利于增加電機(jī)轉(zhuǎn)矩和降低空載轉(zhuǎn)速。近似為常數(shù)，電磁轉(zhuǎn)矩T與直徑D近似呈正比例關(guān)系。

式中

不變情況下，理想空載轉(zhuǎn)速n0與直徑D成反比例。令

轉(zhuǎn)速低

外加電壓與感應(yīng)電勢相等，列平衡方程式3.7

特種直流伺服電動機(jī)

奮

基本特點(diǎn)

式中即

空心杯轉(zhuǎn)子可由單個線圈，沿圓柱面排列成杯形或直接繞

成導(dǎo)線杯，再用環(huán)氧樹脂熱固化定型，也可采用印制繞組。

外定子裝有永久磁鋼

，

內(nèi)定子由軟磁材料制成起磁軛作用。

空心杯電樞直接裝在電機(jī)軸上，在內(nèi)、外定子間氣隙中旋

轉(zhuǎn)。磁阻大，磁通勢利用率低。常用高性能永磁材料作磁極。

與傳統(tǒng)直流伺服電機(jī)相比，低慣量型直流伺服電機(jī)具有時間常數(shù)小、響應(yīng)速度快的特點(diǎn)。

低慣量型直流伺服電機(jī)主要形式有杯形電樞直流伺服電機(jī)、盤形電樞直流伺服電機(jī)和無

槽電樞直流伺服電機(jī)。3.7

特種直流伺服電動機(jī)今

3.7.2

低慣量型直流伺服電動機(jī)o

杯形電樞直流伺服電動機(jī)

低慣量靈敏度高損耗小，效率高力矩波動小，低速運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)，噪聲低換向性能好，壽命長

杯形電樞直流伺服電機(jī)機(jī)械慣性小

，控制靈敏度高

，無控制死區(qū)

，體積可做得非常小且

重量輕。但堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩小，

目前它的容量還不能做得很大，是一種微型伺服電動機(jī)。

杯形電樞直流伺服電機(jī)大多

應(yīng)用于高精度的自動控制系統(tǒng)

及測量裝置等設(shè)備中。3.7

特種直流伺服電動機(jī)令杯形電樞直流伺服電動機(jī)性能特點(diǎn)

盤形電樞特點(diǎn)：

電樞直徑遠(yuǎn)大于長度

，電樞有效導(dǎo)體沿徑向排列

，定子與轉(zhuǎn)子之間的氣隙為軸向平面氣隙

，主磁通沿軸向通過氣隙。

圓盤中電樞繞組可以是印制繞組或繞線式繞

組

，后者功率比前者大。

印制繞組是單片雙面或多片重疊。繞線式

是線圈排列成盤形，用環(huán)氧樹脂熱固化成型。

印制繞線盤形電樞直流伺服電機(jī)不獨(dú)立設(shè)

置換向器，是利用靠近轉(zhuǎn)軸的電樞端部兼作換向器。

為延長使用壽命，導(dǎo)體表面鍍一層耐磨材料。3.7

特種直流伺服電動機(jī)@

盤形電樞直流伺服電動機(jī)

結(jié)構(gòu)簡單，制造成本低啟動轉(zhuǎn)矩大力矩波動小，低速運(yùn)行穩(wěn)定，

調(diào)速范圍廣且平滑換向性能好電樞轉(zhuǎn)動慣量小，反應(yīng)快

盤形電樞直流伺服電機(jī)適用于低速、起動和

反轉(zhuǎn)頻繁，要求薄形安裝尺寸系統(tǒng)中。

較大功率的盤形電樞直流伺服電機(jī)主要用于

數(shù)控機(jī)床、工業(yè)機(jī)器人等伺服系統(tǒng)中。3.7

特種直流伺服電動機(jī)令盤形電樞直流伺服電動機(jī)性能特點(diǎn)

無槽直流電機(jī)在磁路上不存在齒部磁通密度飽和的問題

，

因此可提高電機(jī)的氣隙磁通密度和減小電樞的外徑。

無槽直流伺服電動機(jī)具有轉(zhuǎn)動慣量低、啟動轉(zhuǎn)矩大、反應(yīng)快、啟動靈敏度高、轉(zhuǎn)速平穩(wěn)、低速運(yùn)行均勻和換向性能良

好等優(yōu)點(diǎn)。

無槽電樞直流伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)同普通直流電機(jī)的差別在于其電樞鐵心是光滑、無槽的圓

柱體

，

電樞繞組直接排列在鐵心表面

，再用環(huán)氧樹脂把它與電樞鐵心固化成一體

，定子磁

極可用永久磁鋼做成，也可采用電磁式結(jié)構(gòu)。3.7

特種直流伺服電動機(jī)

無槽電樞直流伺服電動機(jī)

直流伺服電機(jī)轉(zhuǎn)矩-慣量比大、

動態(tài)響應(yīng)快、

調(diào)速范圍寬、

低速轉(zhuǎn)矩大且脈動小、

過載

能力強(qiáng)、穩(wěn)定性好、結(jié)構(gòu)簡單、體積小、重量輕、功耗小、精確度高和安裝靈活。

與機(jī)器人所要求的驅(qū)動機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)緊湊、體積小、重量輕、力-質(zhì)量比大的性能相契合。

顯然

，直流伺服電動機(jī)很適合機(jī)器人的應(yīng)用環(huán)境和驅(qū)動及控制要求

，尤其在功率小、精度高的驅(qū)動場合。奮

在機(jī)器人驅(qū)動選型中，根據(jù)關(guān)節(jié)負(fù)載來選擇可能的直流伺服電動機(jī)型號，所需驅(qū)動電動機(jī)的

有效轉(zhuǎn)矩小于所選電動機(jī)的連續(xù)轉(zhuǎn)矩，所選驅(qū)動電動機(jī)的堵轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩大于所需的峰值轉(zhuǎn)矩。

3.8

直流伺服電動機(jī)在足球機(jī)器人中的應(yīng)用3.8.1應(yīng)用概述

足球機(jī)器人設(shè)計中，要實(shí)現(xiàn)機(jī)器人的精確運(yùn)動控制，主要是依靠伺服控制系統(tǒng)的性能。