步进电机和伺服电机

对于当今的运动应用而言，伺服电机明显是一个好的选择，步进电机亦然。此外，比起前些年，步进电机不仅价格降低了，而且比以前更易于选型、安装和操作。可是，在这些方面，伺服电机也有同样发展。今天，对于“步进电机与伺服电机比较”问题的看法与从前一样模糊不清。两种电机利用了基本相同的技术发展并且以几乎相同的速度进步。与五年前相比，步进电机更好地满足了步进应用，伺服电机也同样更好地满足了伺服应用。

控制器改进

受益于技术发展特别多的一个领域是运动控制器。受到电子革命的推动，既能够运行步进电机又能够运行伺服电机的装置几乎在所有方面都变得更好了。最大的改进是在如Microsoft Windows等公用平台上运行的易于使用的接口的开发。标准接口和平台节省了时间和费用，简化了安装、编程和故障排除。

图1 永磁伺服电机有直流电刷和无刷两种形式。有刷形式需要的控制器比无刷形式需要的复杂程度低，常常用于低功率应用，无刷直流伺服电机(交流永磁型)需要复杂的电子电路用于通信。其绕组靠近电机外壳的外部，有助于冷却。由于没有电刷摩擦和电刷压降，它们的转动惯量也较小，更加高效、可靠

由于采用固态开关和智能电源模块，控制器也变得更小、功效更大。现在的电源开关装置降低了电压降和开关损耗，母线电压在565～680 VDC范围内具有额外的实用性，非常高效，常常能以较小的成套设备向电机传送两倍以上的功率。目前，智能模块是如此灵活和坚固，有些制造商甚至把它们放在电机外壳内部。通过附加的智能功能，现代运动控制器还提供多种反馈选项和控制战略，而且它们比以前结合了更多的功能。比如，通信板正在成为标准配置，在控制器和智能传动装置上实现了开放式总线结构— SynqJSct、Signet、Sercos、CanOpen、Profibus、DeviceNet、以太网。

有关的趋势是PC与PLC体系结构集成。在迅速发展的运动控制器中，“计算机”就集成在其中。在其他应用中，相反的做法更有意义：运动控制器嵌在机器控制器、PC和PLC中。无论以何种方式，机器和运动控制器之间长期存在的界限迅速缩小。对于设计人员，这真是个好消息，但是有一点必须说明，以防止误解。比起典型的机器使用寿命，电子技术的使用寿命提高更快。因此，任何不易于升级的机器都会相当快地被淘汰。计算机硬件和软件工程师避易就难地解决了这个问题：今天几乎每个电子元件，都必须向后兼容，尤其是在工业机械中。

磁性材料

与控制器一样，磁性材料在过去几年里也有了很大改进。更好的处理以及材料组成使稀土磁体具有更大的热容量，使供货商能够以较低的成本生产更高功率的电机磁体。电机中的透过效应意味着今天的大功率伺服电机和步进电机比其以前的型号价格更合理。
 
图2 一台步进电机相当于一台与电阻串联的感应器，因此，产生转矩的电流的增加需要时间，该时间常数限制了在任何给定电压的速度，所以在给定的应用中，可能需要较高的电压以提高电机的速度

此外，对于给定的实际机架规格，由于制造工艺提高，制造商可以安装比以前更多的绕组。这样电机能够产生（以及消除）更多热量，而不使磁体性能劣化。对于给定的效率，在相同的空间里更多的散热相当于更大的功率和转矩密度。

电机中最常使用的磁性材料包括钕(钕铁硼化物)、钐钴、铁素体和磁钢(铝镍钴合金)。它们各有各的优点，但前两种能够产生更高能量的磁体，生产更高效、更大功率的电机。实际上钕提供最高的能量，目前可以在温度180℃以下的电机中使用。由于钕粉价格降低，并且由于磁体制造商采用了替代(注压成型) 制造工艺，这种材料的性能会有很大改进。
但是，在现有的电机设计中采用高能量密度磁体并非没有缺点。这样的磁体通常会增加铁中的磁通密度，使外壳和电枢叠片饱和，增加铁损。为了避免这个问题，许多制造商正在设计新的电机系列，减少电流汲取，提高工艺效率。避免饱和是关键，因为一旦铁芯饱和，更大电流通常意味着只有用更多热量和更低效率来实现给定的输出。

更高功率的步进电机

使用步进电机还是伺服电机总是一个应根据应用情况来确定的问题。尽管根据以前的经验和舒适程度做出决策是很自然的，但是针对适当的工作选择适当的电机（无论是步进电机还是伺服电机），是更明智的做法。

在步进电机静止时，没有运动。相比之下，启用时，由于不断的闭环误差校正，伺服电机从来不静止。伺服电机的这种“高频振动”通常相当于不超过几个反馈计数，尽管在大多数应用中不易察觉，在另一些应用中却是绝对不可接受的。在重复性和分辨率被重视的地方，传统上伺服电机的领域，现在可以考虑步进电机了。要求负载必须是可预测的，或者只受到小外力的影响。此时，步进电机（开环运行）比相当的伺服电机解决方案可以节省30%。