Gleichstrom-Servomotoren erreichen eine präzise mechanische Bewegungsregelung durch Ankerspannungs- oder Magnetflusssteuerung. Ihre Grundstruktur ähnelt gewöhnlichen Gleichstrommotoren, sie sind jedoch strukturell für die Anforderungen des Steuerungssystems optimiert, beispielsweise durch eine schlanke Ankerkonstruktion zur Reduzierung der Rotationsträgheit.
Diese Motoren werden in bürstenbehaftete und bürstenlose Typen unterteilt: Bürstenmotoren bieten Vorteile wie niedrige Kosten und einen großen Drehzahlbereich, erfordern jedoch eine Wartung der Bürsten; Bürstenlose Motoren erreichen durch elektronische Kommutierung einen wartungsfreien Betrieb und eignen sich für Hochleistungsanwendungen. Aufgrund ihrer hohen Reaktionsgeschwindigkeit, ihres großen Anlaufdrehmoments und ihres reibungslosen Betriebs werden sie häufig in der Automatisierungssteuerung, bei Industrierobotern, CNC-Werkzeugmaschinen und anderen Bereichen eingesetzt.
DC-Servomotoren bestehen aus folgenden Kernkomponenten:
Stator (Magnetfeldsystem): Verwendet normalerweise Permanentmagnete (z. B. Neodym-Eisen-Bor) oder Elektromagnete. Permanentmagnetstatoren erfordern keine zusätzliche Erregung, sind klein und hocheffizient, mit magnetischen Feldstärken von 0,5 bis 1,2 Tesla (Datenquelle: Electrical Engineering Handbook).
Rotor (Anker): Hergestellt aus laminierten Siliziumstahlblechen mit eingebetteten Wicklungsspulen, angetrieben durch Bürsten, die den Kommutator kontaktieren. Der Rotordurchmesser liegt typischerweise zwischen 20 und 100 mm und wirkt sich direkt auf die Drehmomentabgabe aus.
Kommutator und Bürsten: Der Kommutator besteht aus Kupferplatten und arbeitet mit Bürsten, um die Stromrichtung umzuschalten. Hochleistungs-Servomotoren verwenden Metall--Graphitbürsten mit einer Lebensdauer von mehr als 5000 Stunden (Referenz: Technisches Whitepaper von ABB).
Sensoren (Encoder/Resolver): Beinhaltet eingebaute Positionsrückmeldungsgeräte, z. B. fotoelektrische Encoder mit einer Auflösung von bis zu 17 Bit (131.072 Impulse/Umdrehung), die eine Regelgenauigkeit im geschlossenen Regelkreis gewährleisten.