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功率步进电动机用作开环进给系统的伺服驱动装置。由它组成的开环进给系统性能不能满足使用要求，而且其性能的提高也受到了很大的限制。因此，20世纪60年代初期出现了小惯量直流伺服电动机，70年代初出现了大惯量直流伺服电动机（又称宽调速电动机）。目前，许多数控机床均采用了大惯量直流伺服电动机组成的闭环或半闭环进给系统。
直流电动机的工作原理是建立在电磁力定律基础上的，电磁力的大小与电动机中的气隙磁场成正比，直流电动机的励磁绕组所建立的磁场是电动机的主磁场，按对励磁绕组的励磁方式不同，直流电动机可分为：他激式、并激式、串激式、复激式、永磁式。20世纪80～90年代，永磁式直流伺服电动机在数控机床中被广泛采用。
直流伺服电动机的结构与一般直流电动机的基本原理是完全相同的，不同的是为了减小转动惯量，直流伺服电动机做得细长一些。
直流伺服电动机的机械特性公式与他励直流电动机一样：
直流伺服电动机的调速方法可从以下几点考虑：
改变电枢电压；
改变磁通量、改变激磁回路的电阻以改变激磁电流，可以达到改变磁通的目的；
在电枢回路串联调节电阻；
在激磁回路串联调节电阻。
直流伺服电动机结构图如图3-13所示。直流伺服电动机的机械特性曲线如图3-14所示，具体说明如下：
图3-13 直流伺服电动机结构图
图3-14 机械特性曲线
励磁电压
U
1
（即磁通
φ
）不变时，一定的负载下，电枢电压
U
2
升高，转速增大。
电枢电压
U
2
=0时，电动机立即停转。
欲使直流伺服电动机反转，只要改变电枢电压的极性即可。
直流伺服电动机的特点如下：
过载倍数大，时间长；
转矩转动惯量比大，电动机的加速度大，响应快；
低速转矩大，惯量大，可与丝杠直接相连，省去了齿轮等传动机构，可提高机床的加工精度；
调速范围大，与高性能的速度控制单元组成速度控制系统时，调速范围超过1∶2000；
带有高精度的检测元件（包括速度和转子位置检测元件）；
电动机允许温度可达150～180℃，由于转子温度高，可通过轴传到机械上去，这会影响机床的精度；
由于转子惯性较大，因此电源装置的容量以及机械传动件等的刚度都需相应增加。
直流伺服电动机的机械特性较交流伺服电动机硬，经常用在功率稍大的系统中，它的输出功率一般为1～600W。其用途很多，如随动系统中的位置控制等。