直接驱动电机提供高扭矩

将电机直接耦合到负载提高定位精度，简化了控制，降低了噪声，速度吞吐量，并减少噪音。

灵活性是传统机械系统的主要优点之一。除了关闭机器并在几小时甚至几天交换凸轮时，操作员可以通过简单地选择HMI中的新配方来转换凸轮而不是调整动作。然而，多十年来，直接连接到负载的典型伺服电机无法为高扭矩应用提供足够的性能，强迫机器建造者以齿轮箱的形式将机械部件重新引入系统。问题在于，添加变速箱还介绍了符合性，潜在损害性能。今天，无法使权衡的设计人员可以选择将其变速箱用于直接驱动电机，可提供超过3400nm的广泛的精密运动应用。

虽然齿轮电机提供了良好的经济途径，以增加运动系统，齿轮箱和联轴器所需的肌肉是可以引入自己问题的机械元件。例如，反弹和滞后可以增加定位误差。“表演行星齿轮箱可能会有1个arcmin的反弹，并且随着时间的推移运行你的机器，所有人都变得更糟，”产品专家Jeff Arnold说Kollmorgen.（Radford，弗吉尼亚州）。例如，按压机器执行高速，高重复速率运动，使齿轮箱进行大量磨损。这使得直接驱动马达更好的解决方案。“直接驱动电机消除了反弹 - 它们可以定位到更好的重复性优于1个弧度，并且这种精度随着时间的推移不会降低，”他说。齿轮箱还增加了系统的失败点，更不用说大小，重量，重量，重量，重量，重量，并且成本。仍然，长期以来，他们是工程师获得他们所需性能的最佳方式，直到越来越复杂的直接驱动设计给他们替代方案。

顾名思义，直接驱动伺服电机在电机和负载 - 没有凸轮之间没有机械传输，没有皮带和滑轮，没有离合器，没有。它们可在旋转和线性配置。长期以来，普通智慧举行了直接驱动电机的位置，但不是需要高扭矩的应用。这已经改变，表示Arnold，他们指向能够产生多达50nm连续扭矩和150nm峰值的直接驱动电机，足以快速且精确地定位4磅直径，250磅盘。

增加扭矩的一种方法是设计磁场，以通过电动机绕组最大化磁通密度。另一个是优化绕组图案以最大化铜的密度。这两个设计参数将每单位音量产生最大扭矩。线性电机的典型参数是磁体强度和尺寸。较大的线性直接驱动电机可能具有127 mm的轨道，并产生1000磅的峰值力。

在直接驱动旋转电动机的情况下，设计人员使用非常高的极限计数，以在单个电机上增加扭矩 - 高达58。向每个绕组的永磁同步电动机的每个绕组添加大量磁极显着增加产生的力量。

直接福利
直驱动电机提供了一种思考惯性匹配的新方法。有一般的经验法则，反射负荷与电动机惯性的比率不应超过5：1，绝对不超过10：1。罪魁祸首是齿轮箱中的齿轮，以及在电机轴中的卷积。如果电机连接到大负载并进行小的运动，则可能无法正确注册其运动。同时，对于大型运动来说，条件非常不同。惯性不匹配越大，两者之间的差距越大。通过一定点，单个控制回路不能容纳两者并保持稳定。

使用Direct Drive消除了反级，这简化了控制开发，并大大提高了设备​​的功能。“我知道直接驱动的应用程序，我们的惯性比率电机为11,000：1，”Arnold说。“当你严格地耦合加载时，你就不必关心惯性不匹配。”

无框设计也是免费设计师从惯性匹配的暴政。“如果您真正具有直接驱动器和电机安装到负载，惯性不匹配不相关，”Aerotech Inc.产品管理和控制系统总监Joseph Profeta说

当然，总有权衡。增加磁体的数量也增加了电动机的尺寸，这可能是空间受限应用的问题，或需要某种形状因子的问题。阿诺德使用热狗和煎饼的类比。传统的低极计数电动机趋于长且薄，而其高扭矩直接驱动器对应物既短且较大直径。

成本也发挥作用，虽然不是你可能期望的。由于过去几年的电机行业一直遵循汽车行业的人知道，高性能永磁磁铁的成本具有令人震惊的天空。建立多折杆的电机需要大量的材料，这增加了成本溢价。然而，需要考虑在申请的较大背景下。通过消除对齿轮箱，皮带和滑轮等组件的需求，直接驱动系统降低了成本。“如果将直驱动电机与电机变速箱进行比较，直接驱动电机在电机变速箱组合上携带大约20％的溢价，”Arnold说，谈到压力机机。“随着电机变速箱，它们必须带有皮带和滑轮，并且这种大支架结构将其全部保持在一起。直接驱动电动机刚刚螺栓固定在机器上，非常简单地与负载直接啮合。”添加到几分钟与小时的集成时间，并且成本/值命题开始更好地看起来很好。

直接驱动电机向ROI打开其他更加微妙的途径（参见图1）。齿轮的机械方面，包括摩擦和啮合，对它们的开始和停止时的速度施加限制，而不会结合。当他们试图加速他们的机器时，阿诺德积分陷入困境，套装纸张纸张。“他们试图提高吞吐量，他们开始在一个临界轴上干扰[在传动装置中]，但他们无法对此做任何事情，”阿诺德说。“然后他们拿出机械变速器，并用直接驱动电机更换该特定轴。消除了齿轮的斜坡，它们能够获得20％的吞吐量。”

选择直驱解决方案也可以减少预定和未安排的停机时间。齿轮箱需要润滑。皮带和滑轮通常会随着时间的推移而延伸并且需要定期调整，特别是在苛刻的应用中，如压进机器。在最糟糕的情况下，他们甚至可以打破。鉴于停机费高，不需要很长时间才能提供投资回报。

内部直接驱动电机
开发直驱动电机并不像购买标准伺服电机一样简单，并将其直接连接到负载。过度兼容的耦合，甚至易受扭转卷绕的太薄轴，可以损害稳定性。直接驱动电机的轴需要足够坚硬，以尽可能地最小化合规性。另一种方法是使用无框架设计，该设计将转子或定子与负载集成，消除合规性（参见图2）。Pubeta说：“这在能够在运动中拥有高速加速和逆转的能力来说，这为您提供了更高的性能系统。”

来自系统的限制耦合确实提高了性能。当然，联轴器有多种用途。有些旨在充当故障面条，剪切以保护电机免受过高的负载。直驱动电动机必须以电子方式提供相同的安全裕度，以添加控制回路，该控制回路在超过某个阈值时中断驱动电流的函数。

这一切都归结为选择适合您的应用程序。除了印刷和压力机外，该装置还可用于高速，精密应用，如机床主轴，半导体制造和计量设备，医疗设备制造，以及需要平稳速度和精确定位的测试和测量装置。

尽管如此，何时使用直接驱动电机没有具体指导。Arnold的建议是通过福利列表，看看是否有任何适用。如果是，直接驱动就是去的方式。如果没有，也许更传统的解决方案更好。“我试图用那个价值命题作为基准，”阿诺德说。“如果你可以从那个列表中没有任何东西，那么你可能有一个很好的解决方案 - 没有理由考虑技术。”但是，如果您的应用需要高精度，高速和高扭矩，则应对直接驱动解决方案进行认真考虑。