电动机（俗称“马达”）是指依据电磁感应定律实现电能转换或传递的一种电磁装置。它在机床上具有着至关重要的地位，是机床的动力之源，随着对产品精度、结构复杂度、加工节拍等要求的提高，电机技术也在飞速发展，各种电机应运而生。本期我们就来了解一下各类型电机的特点及性能比较。

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三相异步电机

三相异步电机（Triple-phase asynchronous motor）是感应电动机的一种，是靠同时接入380V三相交流电流（相位差120度）供电的一类电动机，由于三相异步电动机的转子与定子旋转磁场以相同的方向、不同的转速旋转，存在转差率，所以叫三相异步电动机。三相异步电动机转子的转速低于旋转磁场的转速，转子绕组因与磁场间存在着相对运动而产生电动势和电流，并与磁场相互作用产生电磁转矩，实现能量变换。与单相异步电动机相比，三相异步电动机运行性能好，并可节省各种材料。

它是最常见的一种电机，结构简单、运行可靠、重量轻、价格便宜。通常作为手动机床的主轴电机，如：钻床、铣床、车床等。一般采用额定转速输出且输出转速不稳定，其主要缺点是调速困难，需要配合皮带盘或齿轮箱对其变速，在一些特殊场合中也可配置变频器对其调速，常规的三相电机采用的被动散热结构，当转速过低时，会影响散热效果，如需长时间低速使用zuihao选择具有主动散热功能的变频电机。

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步进电机

步进电动机（stepping motor）是将电脉冲激励信号转换成相应的角位移或线位移的离散值控制电动机，这种电动机每当输入一个电脉冲就动一步，所以又称脉冲电动机。

步进电机通常作为控制电机使用，它的优点是没有累积误差，结构简单，使用维修方便，制造成本低，步进电动机带动负载惯量的能力大，适用于中小型机床和速度精度要求不高的地方，如快走丝、穿孔机、电火花、经济型数控车床等。缺点是效率较低，发热大，有时会“失步”。

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伺服电机

伺服电机（servo motor ）是指在伺服系统中控制机械元件运转的发动机，是一种补助马达间接变速装置。伺服电机可以控制速度，位置精度非常准确，可以将电压信号转化为转矩和转速以驱动控制对象。伺服电机转子转速受输入信号控制，并能快速反应，在自动控制系统中，用作执行元件，且具有机电时间常数小、线性度高等特性，可把所收到的电信号转换成电动机轴上的角位移或角速度输出。分为直流和交流伺服电动机两大类，其主要特点是，当信号电压为零时无自转现象，转速随着转矩的增加而匀速下降。交流伺服是正弦波控制，转矩脉动小,性能更好一些。直流伺服是梯形波，比较简单，便宜。伺服电机既可以当作驱动电机又可以当作控制电机，是数控机床上使用最广泛的电机。

➤ 伺服电动机与异步电机的性能比较

伺服电动机的工作原理与分相式单相异步电动机虽然相似，但前者的转子电阻比后者大得多，所以伺服电动机与异步电动机相比，有三个显著特点：

1、起动转矩大

2、运行范围较广

3、无自转现象

正常运转的伺服电动机，只要失去控制电压，电机立即停止运转。当伺服电动机失去控制电压后，它处于单相运行状态，由于转子电阻大，定子中两个相反方向旋转的旋转磁场与转子作用所产生的两个转矩特性（T1－S1、T2－S2曲线）以及合成转矩特性（T－S曲线）。

➤ 伺服电机与步进电机的性能比较

现代运动控制系统中大多采用步进电机或全数字式交流伺服电机作为执行电动机。虽然两者在控制方式上相似（脉冲串和方向信号），但在使用性能和应用场合上存在着较大的差异。

控制精度不同

两相混合式步进电机步距角一般为 1.8°、0.9°，五相混合式步进电机步距角一般为0.72 °、0.36°。也有一些高性能的步进电机通过细分后步距角更小。如三洋公司（SANYO DENKI）生产的二相混合式步进电机其步距角可通过拨码开关设置为1.8°、0.9°、0.72°、0.36°、0.18°、0.09°、0.072°、0.036°，兼容了两相和五相混合式步进电机的步距角。

交流伺服电机的控制精度由电机轴后端的旋转编码器保证。以三洋全数字式交流伺服电机为例，对于带标准2000线编码器的电机而言，由于驱动器内部采用了四倍频技术，其脉冲当量为360°/8000=0.045°。对于带17位编码器的电机而言，驱动器每接收131072个脉冲电机转一圈，即其脉冲当量为360°/131072=0.0027466°，是步距角为1.8°的步进电机的脉冲当量的1/655。

低频特性不同

步进电机在低速时易出现低频振动现象。振动频率与负载情况和驱动器性能有关，一般认为振动频率为电机空载起跳频率的一半。这种由步进电机的工作原理所决定的低频振动现象对于机器的正常运转非常不利。当步进电机工作在低速时，一般应采用阻尼技术来克服低频振动现象，比如在电机上加阻尼器，或驱动器上采用细分技术等。

交流伺服电机运转非常平稳，即使在低速时也不会出现振动现象。交流伺服系统具有共振抑制功能，可涵盖机械的刚性不足，并且系统内部具有频率解析机能（FFT），可检测出机械的共振点，便于系统调整。

矩频特性不同

步进电机的输出力矩随转速升高而下降，且在较高转速时会急剧下降，所以其最高工作转速一般在300～600RPM。交流伺服电机为恒力矩输出，即在其额定转速（一般为2000RPM或3000RPM）以内，都能输出额定转矩，在额定转速以上为恒功率输出。

过载能力不同

步进电机一般不具有过载能力。交流伺服电机具有较强的过载能力。以三洋交流伺服系统为例，它具有速度过载和转矩过载能力。其最大转矩为额定转矩的二到三倍，可用于克服惯性负载在启动瞬间的惯性力矩。步进电机因为没有这种过载能力，在选型时为了克服这种惯性力矩，往往需要选取较大转矩的电机，而机器在正常工作期间又不需要那么大的转矩，便出现了力矩浪费的现象。

运行性能不同

步进电机的控制为开环控制，启动频率过高或负载过大易出现丢步或堵转的现象，停止时转速过高易出现过冲的现象，所以为保证其控制精度，应处理好升、降速问题。交流伺服驱动系统为闭环控制，驱动器可直接对电机编码器反馈信号进行采样，内部构成位置环和速度环，一般不会出现步进电机的丢步或过冲的现象，控制性能更为可靠。

速度响应性能不同

步进电机从静止加速到工作转速（一般为每分钟几百转）需要200～400毫秒。交流伺服系统的加速性能较好，以山洋400W交流伺服电机为例，从静止加速到其额定转速3000RPM仅需几毫秒，可用于要求快速启停的控制场合。

综上所述，交流伺服系统在许多性能方面都优于步进电机。但在一些要求不高的场合也经常用步进电机来做执行电动机。所以，在控制系统的设计过程中要综合考虑控制要求、成本等多方面的因素，选用适当的控制电机。

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直驱电机

直接驱动电机（Direct Drive Motor），是伺服技术发展的产物。除延续了伺服电机的特性外，因为其低速大扭矩结构简单，减小机械损耗、低噪声、少维护等独有的特点。

随着科技的发展，传统的伺服电机加减速机的结构已远不能满足工业的高精度要求。其局限性在于减速机的背隙、振动，以及伺服电机本身的性能等。直接电机为伺服产品的延伸，除延续了伺服电机的优良特性以外，不用连接减速机，直接与负载相连。省掉了减速机等机械结构，提高了系统的精度。同时消除了由于使用减速机而产生的效率损失，充分利用了能源。

➤ 直驱电机与伺服电机的性能比较

1. 普通的伺服电机要实现低速大扭矩输出时，必须加减速机等减速机构，以实现降低转速，提升扭矩。直驱电机不用减速机构，直接与负载相连。此外，直驱电机本身的高定位精度、高响应速度等特点，更好的保证和提高了系统的精度，简化了系统结构，也节省成本。

2. 普通伺服电机要实现高动态响应时，负载惯量必须匹配到转子转动惯量的10倍以内。直驱电机本身为低速大扭矩输出，可匹配负载转动惯量为转子转动惯量的50~1000倍，在运行平稳的同时，提供了充份的负载匹配空间，提高了系统的响应速度。

3. 普通伺服电机在低速运行时，由于其本身的性能特点，使其在低速运行时会产生抖动等不良现象。而直驱电机本身具有优良的低速特性。在低速运行时，依然能够运行平稳。

4. 轴向、径向跳动。传统的机械连接，驱动转台时，由于转台部份的机械安装等原因，使转台在轴向、径向机械跳动较大，影响系统精度。直驱电机直接驱动负载，免除其它机械连接，最大限度的减小了系统的轴向、径向机械跳动值。使系统的运行精度、测量精度得到最大限度提升。

5. 通孔设计。以往的旋转动力提供产品，一般为轴输出型。遇到走线或通过其它物料等情况，就要用其它机械连接来实现。直驱电机为通孔设计，驱动旋转负载的同时，可满足走线、通过物料等需求，免除其它机械安装等。

6. 高动态响应。对于一些需要高响应特性的应用，如频繁的定位等，普通的伺服机难在实现。而直驱电机在这方面表现出色。在频繁高速、高精度定位的使用场合，直驱电机是buerzhixuan。

7. 安装方式。DD马达提供侧面出线、底面出线两种安装方式。侧面出线的法兰安装式可直接固定在台面上，无需再打其它机械孔等。减少了因机械安装带来的机加工项。节省安装空间，减少安装步骤。

8. 超薄结构设计。传统的伺服电机为细长结构。在轴向距离较长。在一些有空间尺寸限制的场合，需要做很多的工作，来避免尺寸所带来的烦恼。直驱电机采用超薄的结构设计，提供大扭矩的同时，最大限度的节省了安装空间，使机械设计不再为安装尺寸所烦恼。

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直线电机

直线电机是一种采用扁平设计并且与从动负载直接耦合的电机。由于消除了对机械传动组件的使用，因此具有zhuoyue的性能、刚性、动态速度与加速度、定位准确性以及运行效率。另外，直接驱动直线电机结构紧凑、噪音小、无需维护并且运转顺畅无误。其结构可分为有铁芯直线电机和无铁芯直线电机。

有铁芯直线电机

有铁芯直线电机将线圈缠绕在硅钢板上，通过单面磁路最大限度提高生成力。这种电机采用特殊的电磁设计，可提供最大额定推力，电机常数 Km 高，确保热损耗低，并且齿槽力小。这种电机推力大，是传动大重量物品的理想之选，可在机加工与处理过程中保持刚性。

无铁芯直线电机

无铁芯直线电机没有供线圈缠绕的铁芯或插槽。因此这种电机齿槽效应为零，重量轻并且线圈组与磁路之间无任何引力。这些特点非常适合于需要非常小的轴承摩擦力、对较轻负载具有高加速度，以及在超低速度条件下依然可确保最高恒速的应用。模块化设计磁路由两排磁铁构成，可最大限度提高产生的推力，以及为磁路提供磁通回路。

直线电机优点

高额定推力：传动大重量物体的理想之选

高刚性高精度：保持机加工与其他工艺推力所需的刚性且定位准确性高、零反向间隙

机械结构紧凑：无滚珠螺杆、齿轮箱、齿条和小齿轮或者皮带与滑轮，机器部件数量减少

零维护：无机械接触、零件磨损、无摩擦发热