直接驱动旋转电机及控制优点

来源:未知日期:2018/02/11 15:46 浏览:

封闭式和开放框架式直接驱动旋转电机,在多种应用中已经取代了传统的、带机械传动的伺服电机系统。而如今一类全新的、称为模块化(cartridge)ddr的直接驱动旋转(ddr)技术,将开放框架式直接驱动电机在性能方面的优势与全框架电机安装方便的优点结合起来,其价位则比传统的直接驱动技术低得多。

传统的电机/传动系统

今天的大多数伺服应用采用了传统的带机械传动的伺服电机系统。传统系统的初始成本具有吸引力,而且性能已经在各种不同应用中得到了验证,这些应用包括:电子组装、包装、航空和国防。然而,人们往往没有注意到这类系统在设计和集成方面额外的支出成本,这些附加的开支用于滑轮、变速箱和皮带等需要添加的机械部件。这些部件在整个机器寿命中不断磨损,这也增加了总寿命成本。

定位误差和调谐困难是这些系统中常见的问题,它们是由传动的柔性和无效间隙引起的。皮带、滑轮和变速箱的维护以及这些易磨损部件的更换都需要付出昂贵的代价:首先,用户不得不对更多的部件进行库存管理;其次这些附加的部件所造成的系统故障会增加系统计划外停机时间,使得机器的产量出现下降。

直接驱动旋转电机

可以直接产生驱动作用的旋转电机本质上不过是一种大力矩的永磁电机,它直接与负载连接。这种设计消除了所有机械传动部件,如齿轮变速箱、皮带、滑轮和连轴器。直接驱动旋转系统为设计者和使用者带来了许多好处。

因为一个机械传动需要定期的维护而且会频繁地造成计划外停机,所以,直接驱动旋转电机技术从根本上提高了机器的可靠性,减少了维护时间和开销。通过消除机械传动带来的柔性,直接驱动设计避免了对电机和负载进行惯性匹配的麻烦,同时,定位和速度精度也可以提高50倍。直接驱动电机还带来另外一个好处:听觉噪声降低高达20db。

ddr电机对半导体工艺设备来说是一个理想的解决方案,因为电机直接与被驱动的负载相连,消除了传统伺服电机系统中通常必须采用的皮带、滑轮和齿轮箱。零部件数目的减少也使得机器的总体尺寸减小,生产管理人员就可以在一个工艺隔间里放置更多的、附加值高的工艺设备。机械传动部件的消除带来了一种无需维修的系统,而且这种系统的工作更为安静。

无框架ddr电机

无框架直接驱动旋转电机是ddr技术的“祖父”,毫无疑问,它们提供了目前最紧凑的机械伺服解决方案。无框架直接驱动旋转电机采用了独立的转子和定子,而未使用轴承。这些零件成为机器的一个整体组成部分,另外还包括了必要的反馈装置。它们对于机器预留空间有限或者总重量有着关键影响的应用来说是理想的选择。

这些电机就本质上来说是专门定制的,因此更为昂贵,需要数周、甚至数月的设计和集成时间。此外,一旦系统出现故障,电机或者反馈装置的取出更换过程也极为复杂。因此,无框架ddr技术并非适用于每一种应用,它最广泛的应用是在机载和地面车辆方面,如夜视装置、雷达系统和武器系统的瞄准控制,以及那些对尺寸、重量和/或性能有着较高要求的高端工业应用,如机器人或者精密研磨机。

封闭式ddr电机

带外壳的(封闭式)直接驱动旋转电机,则是将转子、定子和在出厂前完成对准的反馈装置集成到一个带有精密轴承的外壳中,属于一种完整的解决方案。封闭式直接驱动旋转电机对于负载可以骑跨在电机轴承上的应用来说极为理想。对于已经使用了轴承的电机而言,用户需要把电机连接到负载上,或者让3个或更多的轴承完成对准,这将是一项繁重、费时的工作。因此,封闭式ddr电机一般用于分度和速率转台应用。

模块化直接驱动旋转电机

模块化(cartridge)ddr电机是一种全新的直接驱动解决方案,其结构包括一个独特的无轴承外壳以及外壳中集成的转子、定子和出厂前完成了对准的高分辨率反馈装置。圆筒式ddr技术的应用消除了机械传动部件,既保留了直接驱动所有的优点,又避开了传统的封闭式或者无框架ddr解决方案复杂而昂贵的缺点。模块化的直接驱动旋转电机利用新颖的压缩联结装置来将转子与轴连接到一起,并且附带提供一种独特的夹头设计,从而实现了“即装即用”,所花时间不到30分钟。

模块化技术的优势,连同其有竞争力的价位和总寿命成本方面的显著降低,将加速直接驱动技术在诸多领域中的新机器设计中的应用,如冶炼、包装、印刷、半导体和工厂自动化。请见如下的一个例子:一家正在努力使其机器的产量超过150件/分钟的包装oem,他们所面对的挑战是,齿轮箱在一个关键轴上存在的柔性在他们试图提高产量时引入了机械干扰。通过在这个轴向上安装模块化直接驱动旋转电机,消除了机械柔性,使得这家oem能将其机器的产量提高到180件/分钟。除了提高产量,这家oem还体会到了如下的好处:零维修工作量、可靠性的提高和听觉噪声的降低。

再举一个模块化直接驱动的应用实例:一家oem为轮胎和汽车工业服务提供测试/测量设备,该公司发现,使用直接驱动技术提高了测量质量以及机器的可靠性,其原因就是消除了无效行程和其它由皮带和滑轮系统带来的外部影响。他们最初的设计采用了一个无框架直接驱动电机,与传统解决方案相比,它带来了多方面的好处,但也存在组装和安装困难的缺点——事实上,无框架电机的组合及反馈装置的对准需要花费一整天。于是,该公司转向了模块化的直接驱动技术,发现由于其安装方式简单,集成只花费了约30分钟,时间和费用都大为节省。此外,他们还很高兴地看到,与无框架直接驱动型号相比,模块化电机的力矩密度更高。

由于其独特的设计,模块化ddr电机与机械传动的传统伺服电机相比,在价格方面显得更有竞争力。即使其初始成本稍微要高一些,但就5年的总使用期来看,这一新技术的运行成本要大大低于传统系统。

 
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