選擇傳統(tǒng)電機(jī)還是直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)?

2004年4月B版

　　封閉式和開放框架式直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，在多種應(yīng)用中已經(jīng)取代了傳統(tǒng)的、帶機(jī)械傳動(dòng)的伺服電機(jī)系統(tǒng)。而如今一類全新的、稱為模塊化(cartridge)DDR的直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)(DDR)技術(shù)，將開放框架式直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)在性能方面的優(yōu)勢(shì)與全框架電機(jī)安裝方便的優(yōu)點(diǎn)結(jié)合起來，其價(jià)位則比傳統(tǒng)的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)低得多。

傳統(tǒng)的電機(jī)/傳動(dòng)系統(tǒng)

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

　　定位誤差和調(diào)諧困難是這些系統(tǒng)中常見的問題，它們是由傳動(dòng)的柔性和無效間隙引起的。皮帶、滑輪和變速箱的維護(hù)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，用戶不得不對(duì)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(tǒng)故障會(huì)增加系統(tǒng)計(jì)劃外停機(jī)時(shí)間，使得機(jī)器的產(chǎn)量出現(xiàn)下降。

直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)

　　可以直接產(chǎn)生驅(qū)動(dòng)作用的旋轉(zhuǎn)電機(jī)本質(zhì)上不過是一種大力矩的永磁電機(jī)，它直接與負(fù)載連接。這種設(shè)計(jì)消除了所有機(jī)械傳動(dòng)部件，如齒輪變速箱、皮帶、滑輪和連軸器。直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)者和使用者帶來了許多好處。

　　因?yàn)橐粋€(gè)機(jī)械傳動(dòng)需要定期的維護(hù)而且會(huì)頻繁地造成計(jì)劃外停機(jī)，所以，直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)技術(shù)從根本上提高了機(jī)器的可靠性，減少了維護(hù)時(shí)間和開銷。通過消除機(jī)械傳動(dòng)帶來的柔性，直接驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)避免了對(duì)電機(jī)和負(fù)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(qū)動(dòng)電機(jī)還帶來另外一個(gè)好處：聽覺噪聲降低高達(dá)20dB。

　　DDR 電機(jī)對(duì)半導(dǎo)體工藝設(shè)備來說是一個(gè)理想的解決方案，因?yàn)殡姍C(jī)直接與被驅(qū)動(dòng)的負(fù)載相連，消除了傳統(tǒng)伺服電機(jī)系統(tǒng)中通常必須采用的皮帶、滑輪和齒輪箱。零部件數(shù)目的減少也使得機(jī)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(shè)備。機(jī)械傳動(dòng)部件的消除帶來了一種無需維修的系統(tǒng)，而且這種系統(tǒng)的工作更為安靜。

無框架DDR電機(jī)

　　無框架直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)是DDR技術(shù)的“祖父”，毫無疑問，它們提供了目前最緊湊的機(jī)械伺服解決方案。無框架直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)采用了獨(dú)立的轉(zhuǎn)子和定子，而未使用軸承。這些零件成為機(jī)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(duì)于機(jī)器預(yù)留空間有限或者總重量有著關(guān)鍵影響的應(yīng)用來說是理想的選擇。

　　這些電機(jī)就本質(zhì)上來說是專門定制的，因此更為昂貴，需要數(shù)周、甚至數(shù)月的設(shè)計(jì)和集成時(shí)間。此外，一旦系統(tǒng)出現(xiàn)故障，電機(jī)或者反饋裝置的取出更換過程也極為復(fù)雜。因此，無框架DDR技術(shù)并非適用于每一種應(yīng)用，它最廣泛的應(yīng)用是在機(jī)載和地面車輛方面，如夜視裝置、雷達(dá)系統(tǒng)和武器系統(tǒng)的瞄準(zhǔn)控制，以及那些對(duì)尺寸、重量和/或性能有著較高要求的高端工業(yè)應(yīng)用，如機(jī)器人或者精密研磨機(jī)。

封閉式DDR電機(jī)

　　帶外殼的(封閉式)直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，則是將轉(zhuǎn)子、定子和在出廠前完成對(duì)準(zhǔn)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(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)對(duì)于負(fù)載可以騎跨在電機(jī)軸承上的應(yīng)用來說極為理想。對(duì)于已經(jīng)使用了軸承的電機(jī)而言，用戶需要把電機(jī)連接到負(fù)載上，或者讓3個(gè)或更多的軸承完成對(duì)準(zhǔn)，這將是一項(xiàng)繁重、費(fèi)時(shí)的工作。因此，封閉式DDR電機(jī)一般用于分度和速率轉(zhuǎn)臺(tái)應(yīng)用。

模塊化直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)

　　模塊化(Cartridge)DDR電機(jī)是一種全新的直接驅(qū)動(dòng)解決方案，其結(jié)構(gòu)包括一個(gè)獨(dú)特的無軸承外殼以及外殼中集成的轉(zhuǎn)子、定子和出廠前完成了對(duì)準(zhǔn)的高分辨率反饋裝置。圓筒式DDR技術(shù)的應(yīng)用消除了機(jī)械傳動(dòng)部件，既保留了直接驅(qū)動(dòng)所有的優(yōu)點(diǎn)，又避開了傳統(tǒng)的封閉式或者無框架DDR解決方案復(fù)雜而昂貴的缺點(diǎn)。模塊化的直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)利用新穎的壓縮聯(lián)結(jié)裝置來將轉(zhuǎn)子與軸連接到一起，并且附帶提供一種獨(dú)特的夾頭設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)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(shì)，連同其有競(jìng)爭(zhēng)力的價(jià)位和總壽命成本方面的顯著降低，將加速直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)在諸多領(lǐng)域中的新機(jī)器設(shè)計(jì)中的應(yīng)用，如冶煉、包裝、印刷、半導(dǎo)體和工廠自動(dòng)化。請(qǐng)見如下的一個(gè)例子：一家正在努力使其機(jī)器的產(chǎn)量超過150件/分鐘的包裝OEM，他們所面對(duì)的挑戰(zhàn)是，齒輪箱在一個(gè)關(guān)鍵軸上存在的柔性在他們?cè)噲D提高產(chǎn)量時(shí)引入了機(jī)械干擾。通過在這個(gè)軸向上安裝模塊化直接驅(qū)動(dòng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，消除了機(jī)械柔性，使得這家OEM能將其機(jī)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、可靠性的提高和聽覺噪聲的降低。

　　再舉一個(gè)模塊化直接驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用實(shí)例：一家OEM為輪胎和汽車工業(yè)服務(wù)提供測(cè)試/測(cè)量設(shè)備，該公司發(fā)現(xiàn)，使用直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)提高了測(cè)量質(zhì)量以及機(jī)器的可靠性，其原因就是消除了無效行程和其它由皮帶和滑輪系統(tǒng)帶來的外部影響。他們最初的設(shè)計(jì)采用了一個(gè)無框架直接驅(qū)動(dòng)電機(jī)，與傳統(tǒng)解決方案相比，它帶來了多方面的好處，但也存在組裝和安裝困難的缺點(diǎn)——事實(shí)上，無框架電機(jī)的組合及反饋裝置的對(duì)準(zhǔn)需要花費(fèi)一整天。于是，該公司轉(zhuǎn)向了模塊化的直接驅(qū)動(dòng)技術(shù)，發(fā)現(xiàn)由于其安裝方式簡(jiǎn)單，集成只花費(fèi)了約30分鐘，時(shí)間和費(fèi)用都大為節(jié)省。此外，他們還很高興地看到，與無框架直接驅(qū)動(dòng)型號(hào)相比，模塊化電機(jī)的力矩密度更高。

　　由于其獨(dú)特的設(shè)計(jì)，模塊化DDR電機(jī)與機(jī)械傳動(dòng)的傳統(tǒng)伺服電機(jī)相比，在價(jià)格方面顯得更有競(jìng)爭(zhēng)力。即使其初始成本稍微要高一些，但就5年的總使用期來看，這一新技術(shù)的運(yùn)行成本要大大低于傳統(tǒng)系統(tǒng)。■