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電動機（俗稱“馬達”）是指依據電磁感應定律實現電能轉換或傳遞的一種電磁裝置。它在機床上具有著至關重要的地位，是機床的動力之源，隨著對產品精度、結構復雜度、加工節拍等要求的提高，電機技術也在飛速發展，各種電機應運而生。本期我們就來了解一下各類型電機的特點及性能比較。

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三相異步電機

三相異步電機（Triple-phase asynchronous motor）是感應電動機的一種，是靠同時接入380V三相交流電流（相位差120度）供電的一類電動機，由于三相異步電動機的轉子與定子旋轉磁場以相同的方向、不同的轉速旋轉，存在轉差率，所以叫三相異步電動機。三相異步電動機轉子的轉速低于旋轉磁場的轉速，轉子繞組因與磁場間存在著相對運動而產生電動勢和電流，并與磁場相互作用產生電磁轉矩，實現能量變換。與單相異步電動機相比，三相異步電動機運行性能好，并可節省各種材料。

它是Zui常見的一種電機，結構簡單、運行可靠、重量輕、價格便宜。通常作為手動機床的主軸電機，如：鉆床、銑床、車床等。一般采用額定轉速輸出且輸出轉速不穩定，其主要缺點是調速困難，需要配合皮帶盤或齒輪箱對其變速，在一些特殊場合中也可配置變頻器對其調速，常規的三相電機采用的被動散熱結構，當轉速過低時，會影響散熱效果，如需長時間低速使用zuihao選擇具有主動散熱功能的變頻電機。

02

步進電機

步進電動機（stepping motor）是將電脈沖激勵信號轉換成相應的角位移或線位移的離散值控制電動機，這種電動機每當輸入一個電脈沖就動一步，所以又稱脈沖電動機。

步進電機通常作為控制電機使用，它的優點是沒有累積誤差，結構簡單，使用維修方便，制造成本低，步進電動機帶動負載慣量的能力大，適用于中小型機床和速度精度要求不高的地方，如快走絲、穿孔機、電火花、經濟型數控車床等。缺點是效率較低，發熱大，有時會“失步”。

03

伺服電機

伺服電機（servo motor ）是指在伺服系統中控制機械元件運轉的發動機，是一種補助馬達間接變速裝置。伺服電機可以控制速度，位置精度非常準確，可以將電壓信號轉化為轉矩和轉速以驅動控制對象。伺服電機轉子轉速受輸入信號控制，并能快速反應，在自動控制系統中，用作執行元件，且具有機電時間常數小、線性度高等特性，可把所收到的電信號轉換成電動機軸上的角位移或角速度輸出。分為直流和交流伺服電動機兩大類，其主要特點是，當信號電壓為零時無自轉現象，轉速隨著轉矩的增加而勻速下降。交流伺服是正弦波控制，轉矩脈動小,性能更好一些。直流伺服是梯形波，比較簡單，便宜。伺服電機既可以當作驅動電機又可以當作控制電機，是數控機床上使用Zui廣泛的電機。

? 伺服電動機與異步電機的性能比較

伺服電動機的工作原理與分相式單相異步電動機雖然相似，但前者的轉子電阻比后者大得多，所以伺服電動機與異步電動機相比，有三個顯著特點：

1、起動轉矩大

2、運行范圍較廣

3、無自轉現象

正常運轉的伺服電動機，只要失去控制電壓，電機立即停止運轉。當伺服電動機失去控制電壓后，它處于單相運行狀態，由于轉子電阻大，定子中兩個相反方向旋轉的旋轉磁場與轉子作用所產生的兩個轉矩特性（T1－S1、T2－S2曲線）以及合成轉矩特性（T－S曲線）。

? 伺服電機與步進電機的性能比較

現代運動控制系統中大多采用步進電機或全數字式交流伺服電機作為執行電動機。雖然兩者在控制方式上相似（脈沖串和方向信號），但在使用性能和應用場合上存在著較大的差異。

控制精度不同

兩相混合式步進電機步距角一般為 1.8°、0.9°，五相混合式步進電機步距角一般為0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步進電機通過細分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生產的二相混合式步進電機其步距角可通過撥碼開關設置為1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了兩相和五相混合式步進電機的步距角。

交流伺服電機的控制精度由電機軸后端的旋轉編碼器保證。以三洋全數字式交流伺服電機為例，對于帶標準2000線編碼器的電機而言，由于驅動器內部采用了四倍頻技術，其脈沖當量為360°/8000=0.045°。對于帶17位編碼器的電機而言，驅動器每接收131072個脈沖電機轉一圈，即其脈沖當量為360°/131072=0.0027466°，是步距角為1.8°的步進電機的脈沖當量的1/655。

低頻特性不同

步進電機在低速時易出現低頻振動現象。振動頻率與負載情況和驅動器性能有關，一般認為振動頻率為電機空載起跳頻率的一半。這種由步進電機的工作原理所決定的低頻振動現象對于機器的正常運轉非常不利。當步進電機工作在低速時，一般應采用阻尼技術來克服低頻振動現象，比如在電機上加阻尼器，或驅動器上采用細分技術等。

交流伺服電機運轉非常平穩，即使在低速時也不會出現振動現象。交流伺服系統具有共振抑制功能，可涵蓋機械的剛性不足，并且系統內部具有頻率解析機能（FFT），可檢測出機械的共振點，便于系統調整。

矩頻特性不同

步進電機的輸出力矩隨轉速升高而下降，且在較高轉速時會急劇下降，所以其Zui高工作轉速一般在300～600RPM。交流伺服電機為恒力矩輸出，即在其額定轉速（一般為2000RPM或3000RPM）以內，都能輸出額定轉矩，在額定轉速以上為恒功率輸出。

過載能力不同

步進電機一般不具有過載能力。交流伺服電機具有較強的過載能力。以三洋交流伺服系統為例，它具有速度過載和轉矩過載能力。其Zui大轉矩為額定轉矩的二到三倍，可用于克服慣性負載在啟動瞬間的慣性力矩。步進電機因為沒有這種過載能力，在選型時為了克服這種慣性力矩，往往需要選取較大轉矩的電機，而機器在正常工作期間又不需要那么大的轉矩，便出現了力矩浪費的現象。

運行性能不同

步進電機的控制為開環控制，啟動頻率過高或負載過大易出現丟步或堵轉的現象，停止時轉速過高易出現過沖的現象，所以為保證其控制精度，應處理好升、降速問題。交流伺服驅動系統為閉環控制，驅動器可直接對電機編碼器反饋信號進行采樣，內部構成位置環和速度環，一般不會出現步進電機的丟步或過沖的現象，控制性能更為可靠。

速度響應性能不同

步進電機從靜止加速到工作轉速（一般為每分鐘幾百轉）需要200～400毫秒。交流伺服系統的加速性能較好，以山洋400W交流伺服電機為例，從靜止加速到其額定轉速3000RPM僅需幾毫秒，可用于要求快速啟停的控制場合。

，交流伺服系統在許多性能方面都優于步進電機。但在一些要求不高的場合也經常用步進電機來做執行電動機。所以，在控制系統的設計過程中要綜合考慮控制要求、成本等多方面的因素，選用適當的控制電機。

04

直驅電機

直接驅動電機（Direct Drive Motor），是伺服技術發展的產物。除延續了伺服電機的特性外，因為其低速大扭矩結構簡單，減小機械損耗、低噪聲、少維護等獨有的特點。

隨著科技的發展，傳統的伺服電機加減速機的結構已遠不能滿足工業的高精度要求。其局限性在于減速機的背隙、振動，以及伺服電機本身的性能等。直接電機為伺服產品的延伸，除延續了伺服電機的優良特性以外，不用連接減速機，直接與負載相連。省掉了減速機等機械結構，提高了系統的精度。同時消除了由于使用減速機而產生的效率損失，充分利用了能源。

? 直驅電機與伺服電機的性能比較

1. 普通的伺服電機要實現低速大扭矩輸出時，必須加減速機等減速機構，以實現降低轉速，提升扭矩。直驅電機不用減速機構，直接與負載相連。此外，直驅電機本身的高定位精度、高響應速度等特點，更好的保證和提高了系統的精度，簡化了系統結構，也節省成本。

2. 普通伺服電機要實現高動態響應時，負載慣量必須匹配到轉子轉動慣量的10倍以內。直驅電機本身為低速大扭矩輸出，可匹配負載轉動慣量為轉子轉動慣量的50~1000倍，在運行平穩的同時，提供了充份的負載匹配空間，提高了系統的響應速度。

3. 普通伺服電機在低速運行時，由于其本身的性能特點，使其在低速運行時會產生抖動等不良現象。而直驅電機本身具有優良的低速特性。在低速運行時，依然能夠運行平穩。

4. 軸向、徑向跳動。傳統的機械連接，驅動轉臺時，由于轉臺部份的機械安裝等原因，使轉臺在軸向、徑向機械跳動較大，影響系統精度。直驅電機直接驅動負載，免除其它機械連接，Zui大限度的減小了系統的軸向、徑向機械跳動值。使系統的運行精度、測量精度得到Zui大限度提升。

5. 通孔設計。以往的旋轉動力提供產品，一般為軸輸出型。遇到走線或通過其它物料等情況，就要用其它機械連接來實現。直驅電機為通孔設計，驅動旋轉負載的同時，可滿足走線、通過物料等需求，免除其它機械安裝等。

6. 高動態響應。對于一些需要高響應特性的應用，如頻繁的定位等，普通的伺服機難在實現。而直驅電機在這方面表現出色。在頻繁高速、高精度定位的使用場合，直驅電機是buerzhixuan。

7. 安裝方式。DD馬達提供側面出線、底面出線兩種安裝方式。側面出線的法蘭安裝式可直接固定在臺面上，無需再打其它機械孔等。減少了因機械安裝帶來的機加工項。節省安裝空間，減少安裝步驟。

8. 超薄結構設計。傳統的伺服電機為細長結構。在軸向距離較長。在一些有空間尺寸限制的場合，需要做很多的工作，來避免尺寸所帶來的煩惱。直驅電機采用超薄的結構設計，提供大扭矩的同時，Zui大限度的節省了安裝空間，使機械設計不再為安裝尺寸所煩惱。

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直線電機

直線電機是一種采用扁平設計并且與從動負載直接耦合的電機。由于消除了對機械傳動組件的使用，因此具有zhuoyue的性能、剛性、動態速度與加速度、定位準確性以及運行效率。另外，直接驅動直線電機結構緊湊、噪音小、無需維護并且運轉順暢無誤。其結構可分為有鐵芯直線電機和無鐵芯直線電機。

有鐵芯直線電機

有鐵芯直線電機將線圈纏繞在硅鋼板上，通過單面磁路Zui大限度提高生成力。這種電機采用特殊的電磁設計，可提供Zui大額定推力，電機常數 Km 高，確保熱損耗低，并且齒槽力小。這種電機推力大，是傳動大重量物品的理想之選，可在機加工與處理過程中保持剛性。

無鐵芯直線電機

無鐵芯直線電機沒有供線圈纏繞的鐵芯或插槽。因此這種電機齒槽效應為零，重量輕并且線圈組與磁路之間無任何引力。這些特點非常適合于需要非常小的軸承摩擦力、對較輕負載具有高加速度，以及在超低速度條件下依然可確保Zui高恒速的應用。模塊化設計磁路由兩排磁鐵構成，可Zui大限度提高產生的推力，以及為磁路提供磁通回路。

直線電機優點

高額定推力：傳動大重量物體的理想之選

高剛性高精度：保持機加工與其他工藝推力所需的剛性且定位準確性高、零反向間隙

機械結構緊湊：無滾珠螺桿、齒輪箱、齒條和小齒輪或者皮帶與滑輪，機器部件數量減少

零維護：無機械接觸、零件磨損、無摩擦發熱