永磁交流伺服电动机的结构特点及调速原理

即同步型交流伺服电动机（SM），它是一台机组，由永磁同步电动机，转子位置传感器，速度传感器等组成。

1．结构

如图4-7所示，永磁同步电动机主要由三部分组成：定子，转子和检测元件（转子位置传感器和测速发电机）。其中定子有齿槽，内有三相绕组，形状与普通感应电动机的定子相同。但其外圆多呈多边行，且无外壳，以利于散热，避免电动机发热对机床精度的影响。

       (a) 永磁同步电动机横剖面图       (b) 永磁同步电动机纵剖面图

图4-7    永磁同步电动机结构

图4-8  永磁交流伺服电动机的工作原理

2．工作原理

如图4-8所示，一个二极永磁转

子（也可以是多极），当定子三相绕

组通上交流电源后，就产生一个旋转

磁场，图中用另一对旋转磁极表示，

该旋转磁场将以同步转速n_s旋转。由

于磁极同性相斥，异性相吸与转子的

永磁磁极互相吸引，并带着转子一起

旋转，因此，转子也将以同步转速n_s与旋转磁场一起。当转子加上负载转矩之后，转子磁极轴线将落后定子磁场轴线一个θ角，随着负载增加，θ也随之增大；负载减少时，θ角也减少；只要不超过一定限度，转子始终跟着定子的旋转磁场以恒定的同步转速n_s旋转。

转子速度n_r=n_s=60ƒ/p，即由电源频率ƒ和磁极对数p决定。

当负载超过一定极限后，转子不再按同步转速旋转，甚至可能不转，这就是同步电动机的失步现象，此负载的极限称为最大同步转矩。

3．永磁同步伺服电动机的性能

（1）交流伺服电动机的机械特性比直流伺服电动机的机械特性要硬，其直线更为接近水平线。另外，断续工作区范围更大，尤其是高速区，这有利于提高电动机的加，减速能力。

（2）高可靠性。用电子逆变器取代了直流电动机换向器和电刷，工作寿命由轴承决定。因无换向器及电刷，也省去了此项目的保养和维护。

（3）主要损耗在定子绕组与铁心上，故散热容易，便于安装热保护；而直流电动机损耗主要在转子上，散热困难。

（4）转子惯量小，其结构允许高速工作。

（5）体积小，质量小。

（四）交流调速的基本方法

由电机学基本原理可知，交流电机的同步转速为

        n₀=60ƒ₁/P   （r/min）                      （4-4）

异步电动机的转速为

n=60ƒ₁/P（1-S）=n₀（1-S）  （r/min）       （4-5）

式中：ƒ₁——定子供电频率（HZ）；

P——电机定子绕组磁极对数；

S——转差率。

由上式可见，要改变电机转速可采用以下几种方法：

（1）改变磁极对数P。这是一种有级的调速方法。它是通过对定子绕组接线的切换以改变磁极对数调速的。

（2）改变转差率调速。这实际上是对异步电动机转差率的处理而获得的调速方法。常用的是降低定子电压调速，电磁转差离合器调速，线绕式异步电动机转子串电阻离速或串极调速等。

（3）变频调速。变频调速是平滑改变定子供电电压频率f₁而使转速平滑变化的调速方法。这是交流电动机的一种理想调速方法。电机从高速到低速其转差率都很小，因而变频调速的效率和功率因数都很高。