省去传动装置，直接驱动负载，这种电机你知道吗？_【伺服与运动控制】

这些电机在驱动负载时，不需经过传动装置（如传动皮带等），实际上还有一种电机可以省去传动装置，直接驱动负载，这种电机就是采用了“直接驱动技术”的直驱电机。...

我们平时见到的电机一般是这样的☟☟☟

这些电机在驱动负载时，需要经过传动装置（如传动皮带等）来进行驱动，实际上还有一种电机可以省去传动装置，直接驱动负载，这种电机就是采用了“直接驱动技术”的直驱电机。

什么是“直接驱动技术”?

简单的讲，就是将移动负载和电机动子直接耦合在一起的技术。

我们知道普通电机的传动机构是电机动子通过电机轴再通过一系列的机械传动机构如联轴器、丝杆、同步带、齿条、减速机等等连接负载，在这个过程中，从机械角度上就已经增加了存在间隙、弹性变形、摩擦阻尼等等因素的可能性，从而造成设备刚性、响应特性的降低与损失。

但是，使用直接驱动技术驱动负载的电机就可以避免和减少这些损失。

一、直驱电机的优势

直驱电机具有如下优势：

★直接驱动。电机与被驱动工件之间，直接采用刚性连接，无需丝杆、齿轮、减速机等中间环节，最大程度上避免了传动丝杆传动系统存在的反向间隙、惯性、摩擦力以及刚性不足的问题。

★高速度。直线电机的正常高峰速度可达5-10m/s；传统滚珠丝杆，速度一般限制于1m/s，产生的磨损量也较高。

★高加速度。由于动子和定子之间无接触摩擦，直线电机能达到较高的加速度；较大的直线电机有能力做到加速度3-5g，更小的直线电机可以做到30-50g以上（焊线机）；通常DDR多应用于高加速度，DDL应用于高速度和高加速度。

★高精度。由于采用直接驱动技术，大大减小了中间机械传动系统带来的误差。采用高精度的光栅检测进行位置定位，提高系统精度，可使得重复定位精度达到1um以内，满足超精密场合的应用。

★运动速度范围宽。直线电机运行的速度最低可实现1um/s，最高可实现10m/s，满足各种场合需求。

★噪音小，结构简单，维护成本低，可运行于无尘环境等等。

二、直驱电机的分类

直驱电机主要分为直线电机（线性马达）、力矩电机（DD马达）、音圈电机三类，下面让我们来一一了解。

直线电机

直线电机原理上可视为将传统伺服电机沿径向剖开，并将电机的圆周展开成直线。当线圈（动子）通入电流后，在定子之间的气隙产生磁场，在磁场与定子永磁体的作用下切割磁力线产生驱动力，从而实现直线运动。

直线电机的分类：

（1）无铁芯直线电机（U型电机）

动子只有线圈，没有磁铁，动定子之间无吸力；无齿槽效应，容易实现更平稳的运动，实现更高精度。

（2）有铁芯直线电机（平板电机）

动子只有线圈内部绕有磁铁，动定子之间有较强的吸力，可以产生较大的推力。

（3）直线电机模组

力矩电机（DD马达）

DD马达属于一个成品，包含了电机的动子、定子、轴承、读数头等等，通俗的说客户购买后可直接安装使用，类似直线模组。主要用于分度盘的应用，类似工位的转停。

音圈电机

音圈电机也是直驱电机的一种，主要应用于Z轴轻型负载，短行程，高频往返运动，也适用于力控制场合

三、直驱电机的典型应用

作为一种新技术，直驱电机的使用范围还有待扩大，目前主要使用在如下几个设备行业上：

1.FPC补强机

2.高速贴片机

3.激光切割焊接

4.COG FOG 绑定

5.高精密检测设备

6.LED分选绑定

7.Iphone、Apple周边相关设备

四、直驱电机的品牌分布

欧美品牌：Kollmorgen、 Paerker 、Aerotech、Siemens、ETEL ……

日系品牌：安川、横河、NSK、Nikki denso、ckd、FANUC……

新加坡品牌：Akribis、PBA、Accel……

台湾品牌：HIWIN、CPC、台达……

国产品牌：大族电机、德康威尔、横川、CSK、线马、汇川、美思安……

其中，直线电机市场占有率高有Akribis 、HIWIN 、大族电机等品牌，DD马达市场占有率较高的为CKD、横河、NSK等品牌。

五、直线电机的选型

下面为大家介绍下直线电机的选型：

1. 直线电机的选型包括最大推力和持续推力需求的计算。

2. 最大推力由移动负载质量和最大加速度大小决定。

推力 = 总质量×加速度+摩擦力+外界应力

例子:（假定摩擦力和外界应力忽略不计）当移动负载是 2.5 千克（包括动子），所需加速度为 30 m/s2时，电机将产生 75N 的力。

3. 通常，我们不知道实际加速度需求。但是，我们有电机运行时间要求。给定运动行程距离和所需行程时间，便可以此计算出所需的加速度。一般，对于短行程来说，我们推荐使用三角型速度模式（无匀速），长行程的话，梯形速度模式会更有效率。在三角型速度模式中，电机的运动无匀速段。

4. 三角模式，加速度 = 4×位移 / 运动时间²

5．梯形模式，预设匀速度可以帮助决定加速度。

加速度 = 匀速 /（运动时间 - 位移/匀速）

6. 相类似的，计算减速度大小与计算加速度相类似。除非存在一个不平衡的力（重力）作用在电机上。

7. 通常为了要维持匀速过程 (cruising) 和停滞阶段 (dwelling) ，摩擦力和外界应力的施力也需要计算。

注：为了维持匀速，电机会对抗摩擦力和外界应力。电机上伺服停滞时则会对抗外界应力。

8．计算持续推力公式如下：

RMSForce = 持续推力

Fa = 加速度力 Ta = 加速时间

Fc = 匀速段力 Tc = 匀速时间

Fd = 减速度力 Td = 减速时间

Fw = 停滞力 Tw = 停滞时间

9．根据最大推力和持续推力选择一个电机。客户应该将安全系数设为 20-30%以便将摩擦力和外界应力抵消为 0。

10. 举个例子，一个应用中，电机需要在三角模式下让电机在 0.2 秒内，让 4KG 的负载移动 0.3 米。电机同行程中返程前停滞时间为 0.15 秒。假设摩擦力和其他不平衡力不存在。