直接驱动与齿轮旋转型伺服：设计优势的量化：第3部分

在工业自动化领域，直接驱动电机和齿轮伺服电机经常引用对彼此类似的应用。这种重叠经常导致围绕该马达型最适合于一个特定的轴混淆。由于直驱伺服马达变得越来越普遍，具有更广泛的尺寸和功能，直接驱动伺服电机发现在更多的应用程序的家园。

直接驱动伺服电机的定义特征

的直接驱动伺服电机被设计为容纳所述负载直接安装到电机的旋转凸缘。为了实现这一点，电机被设计成具有设计成承载所述负载，而无需使用额外的支撑或轴承大，高容量的轴承。直接耦合的负载电动机还消除了齿隙和扭转挠曲，可以传统的旋转型伺服电动机和齿轮箱组合的性能产生负面影响。

如图1所示，这种简化的机械设计适用于空间受限的情况，如机械臂或计算机数控（CNC）或附加制造机器上的第四或第五轴，在这些情况下，节省空间可以减小总体尺寸和质量，提高系统性能并降低成本。

大多数旋转伺服电机的速度远高于大多数应用要求，但它们通常缺乏足够的扭矩。因此，齿轮箱或正时皮带用于将多余的速度容量转换为可用扭矩，并减少反射惯性以改进调谐。相反，直接驱动设计在电机和绕组中使用了更高的极数，优化后可在较低速度下提供高扭矩，类似于高齿轮伺服电机所显示的扭矩和速度。由于消除了齿轮箱，消除了齿隙，提高了效率。

将反射惯性与电机惯性匹配

将反射惯性与电机惯性相匹配对于提高系统的频率响应非常重要。不匹配的系统无法调整以获得最佳性能，在极端情况下，可能会振荡或变得不稳定。齿轮箱通过齿轮比的平方减小齿轮旋转伺服电机系统中的反射惯性，而直接驱动伺服电机必须在无机械辅助的情况下处理全惯性负载。

直接驱动的伺服电动机使用用于改善频率响应的双管齐下：增加的转动惯量，和高的机械刚度。高的质量和大直径转子的提供足够的惯性在负载受潮干扰，减少稳定时间，并且提高系统性能。在另一方面，与负载耦合到所述转子凸缘相关联的高的机械刚度降低了所存储的能量，从而导致在释放时的振荡和不稳定的可能性。

更快的沉降，更少的负载干扰

当适当的尺寸，一个直接驱动伺服电机可以提供更好的调谐性能，更快的安定和增加的阻力，以负载扰动比一个可比的齿轮伺服电机。这种减隙、高扭矩和卓越的惯性处理是直接驱动电机在分度表应用中变得普遍的原因，在分度表中，快速和可重复的大负载运动是至关重要的。

大转子和轴承提供的另一益处为好;换档质量向外打开了电机的中心，留下一个大的中空孔中。这个中空孔，使该电机直接驱动它的签名形状可用于通过电缆和管道传递到位于所述负载设备。中空孔在许多机器人应用，其中在臂周电缆是通过马达的中心，以降低电缆应变至关重要。

直接驱动伺服电机的类型

直接驱动电动机的三个基本的设计是：无芯与内转子，铁芯具有内转子和铁心与外转子。每间客房的先天优势实现共同的工业自动化应用。

这些类型的电机中的第一显着特点是直接驱动电动机是否具有内转子或外转子;这指的是转子是否是定子的定子内部还是外部的。外转子电机非常适合大惯性负载的应用中，作为外转子的较大的半径增加了转动惯量。在另一方面，内转子电动机具有低转动惯量，和最适合于具有低负载惯量和在需要高加速应用程序。

另一个常见的区别是电机是否在定子绕组中使用铁芯。铁芯用于集中定子绕组的磁通量，并将其与转子中的磁体对齐。无芯直接驱动电机的设计摒弃了铁芯，降低了磁效率，但也消除了磁铁通过铁芯时产生的齿槽力。无芯设计用于半导体和涂层设备的应用，负载惯性通常很小，并且需要最平稳的运动。虽然铁芯电机不太光滑，但差别很小，而且铁芯设计提供了改善扭矩密度的好处。

直接驱动伺服电机提供类似的扭矩和速度特性齿轮伺服电机；然而，直接驱动电机的设计优势使其成为许多应用的明确选择。工业自动化应用（如半导体处理和机床）得益于直接驱动电机的小尺寸和低机械复杂性，而末端机器人和附加制造应用通常利用直接驱动伺服的空心孔进行电缆和气动布线。此外，与同等齿轮电机相比，直接驱动电机的特殊惯性处理在移动大惯性负载（如索引表上显示的负载）方面表现出色，提高了性能和投资回报率（ROI）。

直接驱动伺服电机几乎可以应用于齿轮旋转伺服电机使用的任何地方，添加的直接驱动伺服电机具有更小的尺寸、更高的效率、改进的调谐性能和易于集成的优点，可提供设计优势。

布莱恩·奈特 is product marketing manager, 安川美国;达科塔米勒是美国安川自动化产品专家。由网络内容经理Chris Vavra编辑，控制工程那CFE媒体与技术，cvavra@cfemedia.com。

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关键词：直接驱动电机，伺服电机

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