選擇傳統電機還是直接驅動(dòng)旋轉電機?

2004年4月B版

　　封閉式和開(kāi)放框架式直接驅動(dòng)旋轉電機，在多種應用中已經(jīng)取代了傳統的、帶機械傳動(dòng)的伺服電機系統。而如今一類(lèi)全新的、稱(chēng)為模塊化(cartridge)DDR的直接驅動(dòng)旋轉(DDR)技術(shù)，將開(kāi)放框架式直接驅動(dòng)電機在性能方面的優(yōu)勢與全框架電機安裝方便的優(yōu)點(diǎn)結合起來(lái)，其價(jià)位則比傳統的直接驅動(dòng)技術(shù)低得多。

傳統的電機/傳動(dòng)系統

　　今天的大多數伺服應用采用了傳統的帶機械傳動(dòng)的伺服電機系統。傳統系統的初始成本具有吸引力，而且性能已經(jīng)在各種不同應用中得到了驗證，這些應用包括：電子組裝、包裝、航空和國防。然而，人們往往沒(méi)有注意到這類(lèi)系統在設計和集成方面額外的支出成本，這些附加的開(kāi)支用于滑輪、變速箱和皮帶等需要添加的機械部件。這些部件在整個(gè)機器壽命中不斷磨損，這也增加了總壽命成本。

　　定位誤差和調諧困難是這些系統中常見(jiàn)的問(wèn)題，它們是由傳動(dòng)的柔性和無(wú)效間隙引起的。皮帶、滑輪和變速箱的維護以及這些易磨損部件的更換都需要付出昂貴的代價(jià)：首先，用戶(hù)不得不對更多的部件進(jìn)行庫存管理；其次這些附加的部件所造成的系統故障會(huì )增加系統計劃外停機時(shí)間，使得機器的產(chǎn)量出現下降。

直接驅動(dòng)旋轉電機

　　可以直接產(chǎn)生驅動(dòng)作用的旋轉電機本質(zhì)上不過(guò)是一種大力矩的永磁電機，它直接與負載連接。這種設計消除了所有機械傳動(dòng)部件，如齒輪變速箱、皮帶、滑輪和連軸器。直接驅動(dòng)旋轉系統為設計者和使用者帶來(lái)了許多好處。

　　因為一個(gè)機械傳動(dòng)需要定期的維護而且會(huì )頻繁地造成計劃外停機，所以，直接驅動(dòng)旋轉電機技術(shù)從根本上提高了機器的可靠性，減少了維護時(shí)間和開(kāi)銷(xiāo)。通過(guò)消除機械傳動(dòng)帶來(lái)的柔性，直接驅動(dòng)設計避免了對電機和負載進(jìn)行慣性匹配的麻煩，同時(shí)，定位和速度精度也可以提高50倍。直接驅動(dòng)電機還帶來(lái)另外一個(gè)好處：聽(tīng)覺(jué)噪聲降低高達20dB。

　　DDR 電機對半導體工藝設備來(lái)說(shuō)是一個(gè)理想的解決方案，因為電機直接與被驅動(dòng)的負載相連，消除了傳統伺服電機系統中通常必須采用的皮帶、滑輪和齒輪箱。零部件數目的減少也使得機器的總體尺寸減小，生產(chǎn)管理人員就可以在一個(gè)工藝隔間里放置更多的、附加值高的工藝設備。機械傳動(dòng)部件的消除帶來(lái)了一種無(wú)需維修的系統，而且這種系統的工作更為安靜。

無(wú)框架DDR電機

　　無(wú)框架直接驅動(dòng)旋轉電機是DDR技術(shù)的“祖父”，毫無(wú)疑問(wèn)，它們提供了目前最緊湊的機械伺服解決方案。無(wú)框架直接驅動(dòng)旋轉電機采用了獨立的轉子和定子，而未使用軸承。這些零件成為機器的一個(gè)整體組成部分，另外還包括了必要的反饋裝置。它們對于機器預留空間有限或者總重量有著(zhù)關(guān)鍵影響的應用來(lái)說(shuō)是理想的選擇。

　　這些電機就本質(zhì)上來(lái)說(shuō)是專(zhuān)門(mén)定制的，因此更為昂貴，需要數周、甚至數月的設計和集成時(shí)間。此外，一旦系統出現故障，電機或者反饋裝置的取出更換過(guò)程也極為復雜。因此，無(wú)框架DDR技術(shù)并非適用于每一種應用，它最廣泛的應用是在機載和地面車(chē)輛方面，如夜視裝置、雷達系統和武器系統的瞄準控制，以及那些對尺寸、重量和/或性能有著(zhù)較高要求的高端工業(yè)應用，如機器人或者精密研磨機。

封閉式DDR電機

　　帶外殼的(封閉式)直接驅動(dòng)旋轉電機，則是將轉子、定子和在出廠(chǎng)前完成對準的反饋裝置集成到一個(gè)帶有精密軸承的外殼中，屬于一種完整的解決方案。封閉式直接驅動(dòng)旋轉電機對于負載可以騎跨在電機軸承上的應用來(lái)說(shuō)極為理想。對于已經(jīng)使用了軸承的電機而言，用戶(hù)需要把電機連接到負載上，或者讓3個(gè)或更多的軸承完成對準，這將是一項繁重、費時(shí)的工作。因此，封閉式DDR電機一般用于分度和速率轉臺應用。

模塊化直接驅動(dòng)旋轉電機

　　模塊化(Cartridge)DDR電機是一種全新的直接驅動(dòng)解決方案，其結構包括一個(gè)獨特的無(wú)軸承外殼以及外殼中集成的轉子、定子和出廠(chǎng)前完成了對準的高分辨率反饋裝置。圓筒式DDR技術(shù)的應用消除了機械傳動(dòng)部件，既保留了直接驅動(dòng)所有的優(yōu)點(diǎn)，又避開(kāi)了傳統的封閉式或者無(wú)框架DDR解決方案復雜而昂貴的缺點(diǎn)。模塊化的直接驅動(dòng)旋轉電機利用新穎的壓縮聯(lián)結裝置來(lái)將轉子與軸連接到一起，并且附帶提供一種獨特的夾頭設計，從而實(shí)現了“即裝即用”，所花時(shí)間不到30分鐘。

　　模塊化技術(shù)的優(yōu)勢，連同其有競爭力的價(jià)位和總壽命成本方面的顯著(zhù)降低，將加速直接驅動(dòng)技術(shù)在諸多領(lǐng)域中的新機器設計中的應用，如冶煉、包裝、印刷、半導體和工廠(chǎng)自動(dòng)化。請見(jiàn)如下的一個(gè)例子：一家正在努力使其機器的產(chǎn)量超過(guò)150件/分鐘的包裝OEM，他們所面對的挑戰是，齒輪箱在一個(gè)關(guān)鍵軸上存在的柔性在他們試圖提高產(chǎn)量時(shí)引入了機械干擾。通過(guò)在這個(gè)軸向上安裝模塊化直接驅動(dòng)旋轉電機，消除了機械柔性，使得這家OEM能將其機器的產(chǎn)量提高到180件/分鐘。除了提高產(chǎn)量，這家OEM還體會(huì )到了如下的好處：零維修工作量、可靠性的提高和聽(tīng)覺(jué)噪聲的降低。

　　再舉一個(gè)模塊化直接驅動(dòng)的應用實(shí)例：一家OEM為輪胎和汽車(chē)工業(yè)服務(wù)提供測試/測量設備，該公司發(fā)現，使用直接驅動(dòng)技術(shù)提高了測量質(zhì)量以及機器的可靠性，其原因就是消除了無(wú)效行程和其它由皮帶和滑輪系統帶來(lái)的外部影響。他們最初的設計采用了一個(gè)無(wú)框架直接驅動(dòng)電機，與傳統解決方案相比，它帶來(lái)了多方面的好處，但也存在組裝和安裝困難的缺點(diǎn)——事實(shí)上，無(wú)框架電機的組合及反饋裝置的對準需要花費一整天。于是，該公司轉向了模塊化的直接驅動(dòng)技術(shù)，發(fā)現由于其安裝方式簡(jiǎn)單，集成只花費了約30分鐘，時(shí)間和費用都大為節省。此外，他們還很高興地看到，與無(wú)框架直接驅動(dòng)型號相比，模塊化電機的力矩密度更高。

　　由于其獨特的設計，模塊化DDR電機與機械傳動(dòng)的傳統伺服電機相比，在價(jià)格方面顯得更有競爭力。即使其初始成本稍微要高一些，但就5年的總使用期來(lái)看，這一新技術(shù)的運行成本要大大低于傳統系統?！?BR>