信捷伺服电机选型之惯量选择
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伺服电机选型要考虑的参数较多：转矩、速度、安装尺寸、编码器形式和惯量。其中惯量选择，往往会被选型工程师们忽略。同功率同速度的情况下，伺服电机可分为低惯量电机、中惯量电机、高惯量电机。那惯量该怎么选择呢？
首先，我们需要了解什么是惯量。
惯量，是伺服电机的一项重要指标。它指的是转子本身的惯量，对于电机的加减速来说相当重要。一般来说，小惯量的电机制动性能好，启动，加速停止的反应很快，适合于一些轻负载，高速定位的场合。如果你的负载比较大或是加速特性比较大，而选择了小惯量的电机，可能对电机轴损伤太大，选择应该根据负载的大小，加速度的大小，等等因素来选择，一般有理论计算公式。
电机的转子惯量是电机本身的一个参数。单从响应的角度来讲，电机的转子惯量应小为好。但是，电机总是要接负载的，负载一般可分为二大类，一类为负载转矩，一类为负载惯量。影响伺服电机响应的主要负载是负载惯量。伺服电机驱动器对伺服电机的响应控制，最佳值为负载惯量与电机转子惯量之比为1，最大不可超过5倍。通过机械传动装置的设计，可以使负载惯量与电机转子惯量之比接近1或较小。当负载惯量确实有这样大，机械设计不可能使负载惯量与电机转子惯量之比小于5倍时，则可使用电机转子惯量较大的电机，即所谓的大惯量电机。使用大惯量的电机，要达到一定的响应，驱动器的容量应要大一些。
惯量比 根据以上说明，总结一下：
负载惯量与电机转子惯量的比值称为惯量比，惯量比小于5的，可以选择小惯量电机，这样系统的动态特性反应更好。惯量比大于5的，需要选择大惯量电机，如果使用了小惯量电机，伺服电机轴容易损坏。从尺寸上看，高惯量电机比低惯量电机要长一些。
惯量比的计算
惯量比是指负载惯量与电机转子惯量的比值，电机转子惯量是可以从电机的选型手册上查询到。
例如：信捷750W伺服电机
电机型号MS | 单相220V | ||||||||
6S-80 | 6H-80 | 6S-80 | 6H-80 | ||||||
CS/CM30B1 | CS/CM30BZ1 | CS/CM30B1 | CS/CM30BZ1 | CS/CM20B1 | CS/CM20BZ1 | CS/CM20B1 | CS/CM20BZ1 | ||
20P7 | 20P7 | 20P7 | 20P7 | 20P7 | 20P7 | 20P7 | 20P7 | ||
电机代码 | 5007 | 5807 | 50D7 | 58D7 | 5013 | 5813 | 50D3 | 58D3 | |
额定功率（KW） | 0.75 | ||||||||
额定电流[mA] | 4000 | 4000 | 4100 | 4100 | 4100 | 4100 | 4100 | 4100 | |
额定转速[RPM] | 3000 | 2000 | |||||||
最高转速[RPM] | 5200 | 3000 | |||||||
额定转矩[Nm] | 2.39 | 3.5 | |||||||
最大转矩[Nm] | 7.17 | 10.5 | |||||||
转子惯量 [10^-7kg.m2] | 980 | 1030 | 1670 | 1693 | 1208 | 1261 | 2445 | 2553 | |
| 低惯量 | 低惯量 | 高惯量 | 高惯量 | 低惯量 | 低惯量 | 高惯量 | 高惯量 | |
推荐转子惯量比 | 20 | ||||||||
极对数 | 5 | ||||||||
编码器位数 | 17 | ||||||||
编码器种类 | 磁 | ||||||||
电机绝缘等级 | ClassF(155℃) | ||||||||
防护等级 | IP65 | ||||||||
使用环境 | 环境温度 | -15℃～+40℃(不冻结) | |||||||
环境湿度 | 相对湿度<90%(不结露) | ||||||||
低惯量型号：MS6S-80CS30B1-20P7 转子惯量为：980
高惯量型号：MS6H-80CS30B1-20P7 转子惯量为：1670
从尺寸上看，高惯量电机比低惯量电机要长一些：
电机型号 | 电机长度（LA） | 惯量等级 |
MS6S-80CS30B1-20P7 | 117 | 低惯量 |
MS6H-80CS30B1-20P7 | 124 | 高惯量 |
负载惯量的计算就要复杂一些，不同的负载情况，计算方法也不一样，
以下列出了4种不同的应用场合下负载惯量的计算方法，供参考。
1.圆柱,圆筒的负载惯量计算
l J:圆柱,圆筒的负载惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l ρ :圆筒材料的比重 [ kg / cm3 ] L: 圆筒的长度 [cm]
l D1: 圆筒的外径 [cm] D2: 圆筒的内径 [cm] W: 圆筒的重量 [ kg ]
l g: 重力加速度 980 [ cm / sec2 ]
材料的比重：
钢------7.8×10 –3 [ kg / cm3 ]
铝------ 2.7×10 –3 [ kg / cm3 ]
2.直线运动物体的负载惯量计算
l J: 螺杆轴换算惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l Jn:螺杆的惯量 [ kg-cm-sec2 ] 参见圆柱的负载惯量算法
l ω ：螺杆的角速度 [rad / sec ]
l v: 直线运动物体的速度 [cm / sec]
l W:直线运动物体的重量 [ kg ]
l P: 螺杆的导程 [ cm ]
l g:重力加速度 980 [ cm / sec2 ]
3.卷起物体时的负载惯量计算
l J:轴换算惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l J1:带轮的惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l D:带轮的直径 [ cm ]
l W: 卷起物体的重量 [kg ]
若带有平衡块，应加上平衡块的重量。即 W=W1+W2
l g:重力加速度 980 [ cm / sec2 ]
4.使用减速齿轮时的负载惯量计算
l JL: 马达轴换算惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l J1: 主动齿轮惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l J2: 从动动齿轮惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l J3: 螺杆惯量 [ kg-cm-sec2 ]
l J4: 工件的运动惯量[ kg-cm-sec2 ]
l Z1: 主动齿轮 齿数
l Z2:从动齿轮 齿数
5.参考数据
1 kg-cm-sec2 ＝980kg-cm2 = 0.098 kg-m2
1 g-cm-sec2 = 0.98×10-4 kg-m2 G= 9.8 m / sec2 = 980 cm / sec2
1 kg-m2 = 10 000kg-cm2 = 40 000GD2=10 200 g-cm-sec2 =141.6 oz-in-sec2
1 N.m = 10.20 kg-cm = 10 200 g-cm= 141.6 oz-in
1 N= 1×10-5 dyn = 1.01972 ×10-1 kgf
1 Pa =1.01972 ×10-5 kgf/cm2 =7.50062 ×10-3 mmHg =1.01972 ×10-1 mmH2 O
