今天的直驱旋转(DDR)电机和驱动器为广泛的工厂自动化机器制造商提供了许多关键的性能特征和改进。除了传统的自动化应用，他们还在医疗设备、能源(发电机和交流发电机)和运输牵引应用方面提供更好的解决方案。根据IMS Research的数据，虽然所有类型的齿轮电机在美国的整体市场份额要大得多，但直接驱动旋转(DDR)伺服市场继续以更高的速度增长。根据定义，DDR电机直接以扭矩和速度的形式传递机械动力，而不需要任何由齿轮、皮带、皮带轮或链条表示的动力传动元件。

许多美国工厂和机器制造商需要更精确的定位和可变运动能力。齿轮系具有严重限制位置精度的齿隙和顺应性形式的损失运动限制。与此同时，电力效率和节能是吸引许多机器制造商使用DDR电机的其他问题。(注:DDR电机如果低速运行，技术上效率较低。)

今天的DDR电机客户分为三类。

1.第一个购买现成的DDR电机。它们用于自动化应用，包括机器人和机床的最终用户以及一些原始设备制造商(oem)。

2.第二类指定自定义DDR电机。这些客户购买无框电机套件、编码器套件、轴承和客户机械组件。客户为非常特定的应用组装电机。

3.第三类与第二类的客户类似，但他们聘请第三方集成商开发完成的DDR电机设计并制造电机。每个DDR电机制造商专注于一个或两个类别。

电机技术

DDR电机的基本配置是外径大、内径大的环形结构。定子(非旋转)装置由多个线圈绕组穿插在若干软磁铁齿或钢齿组成。转子由一个轮毂和稀土磁铁定位在转子轮毂的表面或埋在轮毂的软铁磁通量返回结构。(参见图1。)

这些电流DDR电机分为两种类型的径向气隙DDR电机。第一种是表面永磁(PM)型。第二种是埋地磁体型。永磁体位于磁转子轮毂上。这种结构产生磁阻和PM扭矩，增加每电机体积的总轴转矩(转矩密度)。特殊的电机设计工具由有限元分析(FEA)模型主导，用于优化这些电机设计。这种结构就是无刷永磁同步电机，也叫无刷直流电动机。定子绕组配置为集中绕组，每个铜线圈直接绕在每个定子齿上。这种绕组配置最大限度地降低了线圈电阻，从而降低了铜(I2R)损耗，并提高了DDR电机的功率效率。DDR电机可以根据客户需求提供有框(有壳)或无框(无壳)配置。

延长电机转矩性能的一个选择是在壳体外径上建立水或流体冷却通道。水冷却将使连续扭矩值增加2到4倍于正常额定值。其他行业驱动因素包括位置精度和分辨率，大通孔和薄环结构，以及降低单位成本的压力。(DDR电机的成本通常高于相同功率水平的标准圆柱形无刷永磁电机。)

DDR电机供应商

虽然较大的DDR电机制造商拥有标准的产品线，但典型的客户要求DDR电机供应商根据特定的应用定制电机。40多年前，Inland Motors(现在是Kollmorgen, Radford, Va.)向美国国防市场提供刷直流扭矩电机。该公司的切换到无刷PM电机的外壳形式取代了旧的刷直流电机技术。今天，Kollmorgen提供基于墨盒的DDR电机，简化了客户设备的组装。早期的应用主要集中在机床工作台定位系统，绝大多数都采用DDR。今天，Kollmorgen技术专家Jeff Arnold从客户那里确定了总体市场趋势，包括更高的定位精度、更高的可靠性和更低的维护成本。

瑞士公司Etel于1974年开始了DDR电机业务，并开发了三个标准产品系列的开槽无刷DDR无刷永磁转矩电机。(参见图2。)

图2:标准直驱旋转(DDR)转矩电机性能表

公司	品牌、家族、系列	住,无框架	开槽,无槽	外径范围(mm)	连续扭矩范围(Nm)	最大扭矩范围(Nm)	评论
Aerotech	年代	无框架	无槽	50至180	0.2 ~ 29.1	0.82至116.4	零齿轮
联合运动(Emotek)	CMS SE	住	开槽	66.3到170.2	0.22 - 27.6
联合运动(Emotek)	Megaflux MF	住	开槽	186至355	3.89到213.4
联合运动(Emotek)	HT	无框架	开槽	19.3 ~ 127	.007至8.4	0.04到46.99
联合运动(Emotek)	Megaflux MF	无框架	开槽	170至792	3.5至2020年		超瘦的
Applimotion	UTH	无框架	开槽	29至533	.05到74.2	.15到223.5
Applimotion	开证	无框架	开槽	101.6至165	.05到。763	.15到2.12	超瘦的
Applimotion	众信	无框架	无槽	29至240	.035到3.11	.105到9.33	零齿轮
Applimotion	UTO	无框架	开槽	29至533	.007到4.05	.021到12.15	外转子
阿斯彭运动	RM	无框架	开槽	17.8 ~ 350	.02至300	.06至1500	内转子和外转子配置。直接驱动电机和电子产品的定制设计，以解决批量OEM应用的特定问题。
Etel	TMK	无框架	开槽	198至395	81至1050	119至2240	水冷式
Etel	三甲	无框架	开槽	160至1290	19至16,200	38至31,200	IPM转子可用
Etel	TML	无框架	开槽	235至581	24至1080	127 ~ 5000
Etel	TMM	无框架	开槽	140至540	8至1090	38 ~ 5000
Kollmorgen	墨盒	无框架	开槽	108至350平方米	4.6至510	12.3至1017
Kollmorgen	KBM	住	开槽	60 - 782	0.3至3445	1.2至12,800
Kollmorgen	D (H)	住	开槽	176 - 362	5.3至339	16.9至1340

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Etel美国公司总裁Kevin Derabasse解释说，他们最新的TMK设计将其速度提高了8倍，在更大的DDR扭矩电机中，连续扭矩等级提高了30%。Etel最大尺寸的定制DDR扭矩电机外径超过3米(118英寸)，并开发了31200 Nm (23000 lb-ft)的连续扭矩。它驱动并定位一个大型天文望远镜。

位于俄克拉荷马州塔尔萨的Allied Motion公司的Emoteq部门。是DDR转矩电机的另一个主要供应商。它生产有框和无框DDR旋转无刷永磁电机Megaflux品牌名称。Emoteq的很大一部分客户来自军事和航空航天市场。

工程总监Dave Hawes解释说，Emoteq可以为DDR电机提供非常低的齿槽和高定子铜填充。该公司最大尺寸的DDR电机外径为792毫米(31.2英寸)，连续扭矩为2020牛米(1490磅-英尺)。

约瑟夫·普罗费塔是宾夕法尼亚州匹兹堡Aerotech公司控制系统组的主管。该公司报告称，其提供给客户的绝大多数DDR电机都是无框型:“DDR电机用户要求更长的寿命周期和更高的精度。”

Aerotech DDR产品系列针对较小尺寸的应用，包括心脏支架和光伏电池制造机器。精度是制造这些设备的关键参数。

位于加利福尼亚州卢米斯的Applimotion是DDR扭矩电机供应商中最近加入的一个，也许，是美国增长最快的DDR扭矩电机和定制直接驱动电机组件供应商。该公司提供广泛的有槽和无槽无框DDR电机产品系列，包括具有大通孔的ULT, UTH, UTS和UTO系列。目前生产的最大的标准单元是UTH系列，外径为533毫米(21.0英寸)，连续扭矩可达68牛米(50磅-英尺)，最小为12毫米(50磅-英尺)。直径472英寸)，轴向长度短至8毫米。314年)。

Applimotion提供的无刷DDR电机的另一个版本配置为无槽，无铁配置，消除了齿槽，为最平稳的运动提供。它还可以在较高的电机轴转速下提供低涡流损失的好处。由于转子和定子之间的磁气隙较大，性能权衡是大约25%的低轴转矩。

位于弗吉尼亚州雷德福市的Aspen Motion Technologies公司是Pentair公司的子公司，生产定制的DDR电机，其直径范围在1英寸以下。到39英寸。额定功率从几瓦到65千瓦。电机设计的自定义方法可以为批量应用提供最便宜的解决方案。Aspen Motion Technologies工程总监Ron Flanary表示，所有功能(贴片、磁体、电机几何形状、安装、轴等)都可以定制，以满足OEM的要求和限制。

电机新技术

横向磁通电机是最近从研发部门进入生产的一项发展。它在较小的体积内具有非常高的扭矩能力，从而最大限度地提高扭矩密度。它具有复杂的磁性结构，需要3D-FEA模拟能力。电动扭矩机器，Flagstaff，亚利桑那州该公司已经花了数年时间测试各种配置，目前正在投入生产，初步推出了若干帧尺寸。Scott Reynolds是electric torque machines公司的电机总监，他指出，这些横向磁通电机可以超过当前DDR电机的连续转矩密度，几乎是2比1。

稀土机会

稀土磁铁，主要是钕和热稳定剂镝，价格一直在大幅上涨，这导致了广泛的研究，以确定是否可以使用其他类型的电机，包括替代永磁电机。工厂自动化和相关市场继续需要运动解决方案，提高性能和提高吞吐量。

-丹·琼斯是增量联合公司的总裁，穆罕默德·穆宾是凤凰科技公司的所有者。控制工程而且工厂工程、mhoske@cfemedia.com．

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2012年10月23日，星期二，东部时间下午2点/东部时间下午1点/太平洋时间上午11点

基于感应电机的系统，通过适当的设计，可以在较低的价格点上具有类似伺服的性能。对于哪些应用应该考虑哪些?它们是否都适用于某些领域?将提供在它们之间作出决定的标准。根据注册继续教育项目规则(来自美国工程公司理事会)，一个专业发展小时(PDHs)可获得考试和证书。了解更多或注册看到伺服vs.感应电机网络直播从控制工程．

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