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1 电机的基本介绍

电机，是指根据电磁感应定律，对电能进行转换的执行设备，可根据能量转化的不同，分成电动机和发电机。电动机，俗称马达，即将电能转化为机械能，也是我们常见常用的方式；发电机，即将机械能转化为电能，用于发电等场合。

1.1伺服电机

电机分类方式不同，叫法也各不相同，下面简单通过几种分类方式和流程图，来介绍一下电机的分类。

按照工作电源种类划分，可分为直流电机和交流电机。其中直流电机按照结构和工作原理，又可分为无刷直流电机和有刷直流电机；交流电机，按照电压的不同，又可分为单相电机和三相电机。

图1.1 工作电源种类分类图
按照结构和工作原理划分，可分为直流电机、同步电机和异步电机，其中同步电机又可分为永磁同步电机、磁阻同步电机和磁滞同步电机；异步电机又可分为感应电机和交流换向器电机。图1.2 结构和工作原理分类图
Zui后，按照用途划分，可分为驱动用电机和控制用电机，其中驱动用电机又可分为电动工具用电机、家电用电机和其他通用小型机械设备用电机；控制用电机又可分为步进电机和伺服电机。图1.3 用途分类图
常见的伺服电机，是永磁同步交流伺服电机，其内部转子是永磁铁。驱动器通过控制U、V、W三相电形成电磁场，转子在电磁场的作用下转动，电机后衔接的编码器通过电机的运转产生反馈的编码器信号给驱动器，驱动器再根据反馈值和目标值进行比较，调整转子转动的角度。由此可以看出，电机的控制精度，取决于编码器的精度（或称为线数）。
1.2 电机结构伺服电机，主要由定子和转子构成。定子铁芯通常用硅钢片叠压而成，表面的槽内嵌有两项绕组，其中一相绕组是励磁绕组，另一相绕组是控制绕组，如图1.4、1.5、1.6所示：

将一台伺服电机拆开后，就可以清楚的看到其内部结构，如图1.7所示，除了定子和转子外，电机尾部的编码器也是构成伺服电机的重要部分，在后续的章节中将进行详细的介绍。图1.7 伺服电机组合图
电机常见的术语有以下几种：（1）旋转方向：从电机的传动端（电机轴端）朝非传动端（编码器端）沿轴向看电机的旋转方向。（2）机械角度：从几何上把电机圆周分成360度，称之为机械角度。（3）电气角度：简称电角度，对于交流电机来说，电枢线圈中感生的按正弦变化的电势的一个周期为360度电角度，若电机有P对磁极，电机旋转时的电角度为P×机械角度。（4）惯性：物体对加速或减速的惯性测量值。这里用于指电机所要移动负载的惯性，或电机转子的惯性。（5）法兰：又称法兰凸缘盘，用于连接两个设备的一种组合密封结构，一般是成对使用的，常见的法兰有60#、80#、90#、110#、130#、150#、180#等，如图1.8所示。图1.8 伺服电机结构图
2 编码器
2.1 编码器简介编码器是一种通过把机械运动转化为数字电信号的传感器。当驱动器想要控制电机转动，则U、V、W三相电输出带动电机运转起来，要想使电机转到某个位置或角度，我们称这个位置为目标值，则电机转动过程中就需要知道电机此时转动了多少，在什么位置，否则电机只会一味地转下去。在这个过程中，编码器就充当了反馈的角色，通过编码器划分转子旋转一圈的不同位置，再跟随转子转动，并实时将当前转子的位置反馈给驱动器，以便驱动器知道当前的位置是否达到目标值，一旦达到目标值，则控制U、V、W三相电的输出，使转子停在该位置保持不动，从而实现了任意位置或角度的控制。如图2.1，简要介绍了编码器的组成。
图2.1 伺服电机结构图
2.2 编码器的分类编码器的定义方式不同，分类也不同，下面简要介绍几种分类的方式。按码盘的刻孔方式划分，可分为增量式和juedui式。
按机械结构划分，可分为旋转编码器和线性编码器，其中旋转编码器的应用Zui为广泛，也Zui为常见，用于测量机械设备角度和速度；线性编码器又可分为拉线编码器和支线编码器，多用于测量线性位移。旋转编码器基准光栅是一个刻度均匀的玻璃圆盘（码盘）把角位移转换成电信号，而线性编码器则是玻璃标尺（码尺），把直线位移转换成电信号，如图2.2、2.3所示。图2.2 旋转编码器图图2.3 线性编码器图
Zui后，按照编码器的工作原理划分，可分为光电式、磁电式和触点电刷式，其中以光电式和磁电式较为常见，这里简要介绍一下光电式编码器，磁电式编码器将在后面的章节中进行介绍。
光电编码器主要是由光栅盘（分度码盘）和光电检测装置（接收器）组成。光栅盘是在一定直径的圆板上等分地开通若干个长方形孔。由于光栅盘与电机同轴，电机旋转时，光栅盘与电机同速旋转，发光二极管垂直照射光栅盘，把光栅盘图像投射到由光敏元件构成的光电检测装置（接收器）上，光电检测装置能够将光信号转化为电气信号，使得光栅盘转动所产生的光变化经转换后以相应的脉冲信号的变化输出（码盘随电机同步转动，光源不动），如图2.4所示。图2.4 伺服电机结构图
2.2.1 增量式编码器增量式编码器，是将位移转化为周期性的电信号，再把电信号转化为计数脉冲，用计数脉冲的个数来表示位移量。常见的增量式编码器为光电式，是直接利用光电转换原理输出三组方波脉冲A、B和Z相，A、B两组脉冲相位相差90°（或相互延迟1/4周期），根据延迟关系可以区别正反转，通过取A相、B相的上升和下降沿可以进行2或4倍频。Z相为单圈脉冲，即每圈发出一个脉冲，用于基准点定位，如图2.5、2.6所示。图2.5 增量式编码器码盘图图2.6 增量式编码器原理图