了解技术以及如何选择这些技术
100年前伺服电机的发明，让精准控制成为现实。从工厂机械臂到手术机器人，从无人机到数控机床，到处都有它的身影。但技术发展到今天，伺服电机种类繁多，选择成了难题。有刷直流永磁电机结构简单好控制，无刷直流电机运行安静寿命长，交流永磁电机则是工业界的主力军。每种电机都有自己的特长，关键是找到适合你的那一个。今天我们就来聊聊这三种电机的优缺点，帮你做出明智的选择。
有刷直流永磁伺服电机
起源于20 世纪 80 年代开发的伺服电机技术于 1926 年问世，使用有刷直流电机，这一概念可追溯到 1832 年。目前常用的设计是在定子上安装永磁铁，在转子叠片上缠绕铜线圈，并使用转速计等实时反馈装置来实现伺服驱动。
伺服驱动器可对反馈信号进行解读，并以各种宽度的脉冲调制为电机提供电压，这一过程称为脉冲宽度调制。这些脉冲通过由很多铜条组成的旋转开关（换向器）实现换向，换向器与石墨等导电材料制成的固定电刷接触，将脉冲输送到转子线圈的多个相位。
当线圈依次切换时，会产生一个旋转磁场，该磁场与永久磁铁相互作用，进而使转子旋转。基于速度反馈装置提供的数据，驱动器可利用脉冲宽度调制来持续修正任何误差。例如，即便电机驱动的负载不断变化，也能确保转子保持稳定的转速和准确的定位。
优点
■ 初始成本较低，但使用寿命短可能会抵消这一优势。
■ 启动和低速运作时扭矩大。
■ 电机控制系统相对简单。
潜在提升点
■ 磨损的电刷需要定期更换。
■ 磨损的换向器需要返修、更换新轴承甚至更换电机。
■ 物理换向限制了功率传输，如果超额工作，可能会导致电弧。
无刷直流电机 (BLDC)
无刷直流电机于 20 世纪 60 年代问世，半导体电子技术的进步使其成为可能。早期的无刷直流电机功率较低，但随着大功率永磁材料的日益普及，无刷直流电机在 20 世纪 80 年代开始崭露头角。如今，相比有刷直流伺服电机，这些电机在工业应用中的用途更为普遍。
由于没有物理电刷与旋转的换向器接触，无刷直流电机的基本设计与有刷电机相比得到了改善，进而提高了效率和性能。其电枢线圈缠绕在定子/机架上的槽形叠片上，而永磁体则固定在转子上。
编码器等反馈装置会不断向驱动器报告转子的位置，驱动器则会直接切换输送到线圈的直流电压，以纠正任何旋转误差，进而实现所需的转向、速度和位置。这种电子切换以粗略模仿正弦波的步进方式进行。在任何指定的旋转点，电流都会施加到两相上，第三相则始终处于断电状态。
这种阶梯状波形会产生扭矩纹波，而永磁转子和定子齿形钢叠片之间的吸引力则会产生齿槽效应。这些特性妨碍了低速时的精确控制和平稳运行，但在高速时却很少出现问题。没有定子齿的无槽电机消除了齿槽效应，但低速平稳运行的代价是扭矩显著降低。
优点
■ 在中高速运行时，闭环控制精确、反应灵敏。
■ 无物理换向意味着更长的使用寿命、更高的效率和尽可能少的维护。
■ 速度比有刷电机高很多，扭矩下降幅度较小。
潜在提升点
■ 驱动器电子设备以及编程/调整更为复杂。
■ 当转速小于200 rpm时，齿槽效应和扭矩纹波会妨碍平稳性和控制性。
交流永磁伺服电机
对于大多数需要精确位置和速度控制的应用来说，同步交流永磁伺服电机是不二选择。该技术早于 20 世纪 80 年代开发，随着驱动器电子装置、永磁材料、制造公差和其他创新技术的发展，该技术也在不断完善。
其基本设计与无刷直流伺服电机类似。外部定子包含有插入层叠钢齿间的三相绕组线圈。电子换向系统按顺序给这些线圈通电，以产生一个旋转磁场。该磁场会与内部转子上的永磁体相互作用，进而实现转动。
与无刷直流伺服电机不同，交流伺服电机的换向电流会根据转子位置，以正弦波的形式输送到所有三相绕组中。电流的幅值和频率都可改变，以此提供更强劲的扭矩和更精确的控制。平滑的正弦波还能大幅度减少齿槽和扭矩纹波的影响。
优点
■ 在相对紧凑的结构中实现出色的扭矩密度、功率和效率。
■ 多种外形、尺寸和功率范围。
■ 惯性小，可快速响应动态变化的负载和速度。
■ 使用寿命长，性能可靠，维护量极少。
潜在提升点
■ 有槽电机在低速运行时可能会出现齿槽效应，但正弦波换向技术和精密的驱动固件能够弥补这一问题。
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