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伺服电动机在伺服控制系统中作为执行元件得到广泛应用。和步进电动机不同的是，伺服电动机是将输入的电压信号变换成转轴的角位移或角速度而输出的。改变控制电压可以改变伺服电动机的转向和转速。图1-15为三菱伺服电动机的外形图。
伺服电动机按其使用的电源性质不同分为直流伺服电动机和交流伺服电动机两大类。
直流伺服电动机具有良好的调速性能、较大的启动转矩及快速响应等优点，在20世纪60～70年代得到迅猛发展，使定位控制由步进电动机的开环控制发展成闭环控制，控制精度得到很大提高。但是，直流伺服电动机存在结构复杂、难以维护等严重缺陷，使其进一步发展受到限制。目前在定位控制中已逐步被交流伺服电动机所替代。
图1-15 三菱伺服电动机外形图
交流伺服电动机是基于计算机技术、电力电子技术和控制理论的突破性发展而出现的。尤其是20世纪80年代以来，矢量控制技术的不断成熟极大地推动了交流伺服技术的发展，使交流伺服电动机得到越来越广泛的应用。与直流伺服电动机相比，交流伺服电动机结构简单，完全克服了直流伺服电动机所存在的电刷、换向器等机械部件所带来的各种缺陷，加之其过载能力强和转动惯量低等优点，使交流伺服电动机已成为定位控制中的主流产品。
交流伺服电动机按其工作原理可分为异步感应型交流伺服电动机和同步永磁型交流伺服电动机。下面分别给予介绍。
1）异步感应型交流伺服电动机
异步感应型交流伺服电动机分二相伺服电动机和三相伺服电动机，但它们的基本结构和工作原理与普通的二相、三相感应电动机相似。为了满足伺服控制系统的要求，交流伺服电动机必须具有宽广的调速范围、线性的机械特性、快速响应和无“自转”现象（控制电压为零时伺服电动机立即停止转动）。因此，在伺服电动机的设计上与普通的感应电动机有所不同。例如，将转子的长度和直径设计得较大以减小转动惯量；转子不采用闭口槽，优化转子槽形，提高效率和转矩等。
目前，在定位控制中，感应型交流伺服电动机的应用不如永磁型伺服电动机，二相感应型交流伺服电动机仅用于0.5～100W的小功率系统，而且50W以上基本已被永磁型伺服电动机代替。三相感应型交流伺服电动机结构坚固，主要用于7.5kW以上的大功率系统中，所以本书对感应型伺服电动机不做进一步介绍。
2）同步永磁型交流伺服电动机
同步永磁型交流伺服电动机由定子和转子两部分组成，如图1-16所示。定子主要包括定子铁芯和三相对称定子绕组；转子主要由永磁体、导磁轭和转轴组成。永磁体贴在导磁轭上，导磁轭套在转轴上。转子同轴连接有编码器。
当永磁交流伺服电动机的定子电磁绕组中通过对称的三相电流时，定子将产生一个转速为n（称为同步转速）的旋转磁场，在稳定状态下，转子的转速与旋转磁场的转速相同（同步电动机），于是定子的旋转磁场与转子的永磁体所产生的主极磁场保持静止，它们之间相互作用，产生电磁转矩，拖动转子旋转。这就是永磁交流伺服电动机的工作原理。永磁交流伺服电动机的转子采用永磁体后，在过载特性和制动性能上远远胜过感应型交流伺服电动机。
图1-16 同步永磁型伺服电动机结构示意图
永磁交流伺服电动机的转子采用永磁体，只要其定子绕组中加入电流，即使在转速为0时仍然能够输出额定转矩，这一功能称为“零速伺服锁定”功能。另外，如果电动机在运行时停电，感应电动势会在定子绕组中产生一个短路电流，此电流产生的转矩为制动转矩，可以使电动机快速制动。这两个特点使得在交流伺服控制系统中所使用的伺服电动机大部分为永磁交流伺服电动机。
交流伺服控制系统的核心是通过矢量控制技术对交流伺服电动机的磁场和转矩分别进行独立控制，达到和直流电动机一样的调节效果。交流伺服控制系统是一个闭环控制系统，控制系统要求必须随时把电动机的当前运动状态反馈到控制器中，这个任务则是由位置、速度测量传感元件完成的。当负载发生变化时，转子的转速也会发生变化，这时，通过测量传感元件检测转子的位置和速度。根据反馈的位置、转速等，控制器对定子绕组中电流的大小、相位和频率进行调节，分别产生连续的磁场和转矩调节并作用到转子上，直到完成控制任务（可参考看图1-13所示的半闭环控制定位原理图）。这就是交流伺服电动机闭环控制原理。
在交流伺服控制中，位置和速度检测传感器是必不可少的，而伺服电动机同轴所带的编码器就是一个位置速度传感器。通过它把伺服电动机的当前状态反馈到控制器中。因此，在实际应用中，所有的交流伺服电动机都是一台机组，由定子、转子和编码器组成。
三菱中、小功率交流伺服电动机都是带旋转编码器的伺服电动机组件。
伺服电动机的选用比普通电动机复杂得多，普通电动机仅需考虑其输出功率、额定转速和保护安装方式三个方面就可以。但对伺服电动机来说，除了考虑功率与转速外，还必须依电动机所驱动的机构特性——负载特性而定，如果没有负载特性的数据，就需要根据理论分析的公式进行一系列计算，得出负载的惯量、负载转矩，推算出加速、减速所需转矩，必要时还需要计算停止运动时的保持转矩，最后根据各种转矩来选用合适的伺服电动机。这个计算过程对初学者并不适合。一种通用的方法就是进行类比，即参考同行业同类型的设备进行负载机构的质量、配置、方式、运动速度等对比，再参考类比设备的电动机型号的各项参数进行初步选择，然后通过试用来确定所选用型号的电动机是否合适，如不合适，还需另选，直到合适为止。
伺服电动机的选择原则如下。
1）负载电动机惯量比
通常伺服驱动器都有一个参数用来表示负载的转动惯量与电动机转动惯量之比。这个比值很重要，它是充分发挥伺服系统与机械之间达到最佳效能的前提。三菱MR-J3伺服驱动器的这个参数是PB06。一般电动机的转动惯量可以从伺服电动机手册上查到，而负载的转动惯量则通过计算才能得到。这个计算对初学者并不适合。在有自动调整模式的伺服驱动中，这个比值可以通过在线自动调整得到，如发现比值已经超过伺服电动机手册上所规定的倍数，就要考虑更换伺服电动机。
通常情况下，从转子惯量大小来看，交流伺服电动机一般分为超低惯量、低惯量和中惯量几个档次。在负载启动、停止、制动频繁的场合，宜选择惯量值较大的伺服电动机。
2）转矩
电动机的额定转矩必须完全满足负载转矩的需要，一般情况下，电动机转矩稍大于负载转矩即可。因为电动机的最大转矩可达其额定转矩的3倍。需要注意的是，连续工作的负载转矩要小于等于电动机的额定转矩，负载的最大转矩要小于等于电动机的最大转矩。
在定位控制中，伺服电动机很少长期工作在恒速运行状态，而多数工作在频繁的启动、停止状态，在加速和减速状态必须输出3～5倍的额定转矩，电流也会成比例上升。发热要比长期工作在恒速运行状态严重，这一点在选用时必须考虑。
3）转速
转速选择也是一个重要因素。一般地说，伺服电动机的额定转速是指在额定功率下电动机连续运行时的转速。伺服电动机在额定转速的基础上进行加/减速运行，在加速时其转矩会超过额定转矩，电动机在额定转速下功能才能得到最好的发挥。因此，应根据工作机械的最大速度来选择电动机的额定转速。额定转速应大于工作机械的最大速度。