弗雷德斯带您解读直接驱动是个啥意思

首页    公司动态    弗雷德斯带您解读直接驱动是个啥意思

 

传统的驱动技术,电机输出的扭矩比较有限。在驱动较大的负载时,通常都会通过各种机械装置,如:丝杆、齿轮箱、皮带轮等,提升最终连接到机械设备的驱动力矩。然而,变速箱、同步带、滑轮或丝杠等这些机械传动也同时会引起齿隙、机械损失和令人反感的噪音,降低机器性能,增加机器尺寸和重量。这种复杂的机械结构不仅导致较低的传动性能,还为系统的安装调试和使用带来诸多不便。

 

最近几年来,在电气传动工程领域里显示出明显地转向直驱传动系统的趋势。 一方面,由于能源成本在成本结构中的作用越来越重要,所以现在的企业在生产过程中都被迫更加重视能源效率以保持竞争力;另一方面,他们都面临着在动态性能和生产力之间保持最佳平衡的挑战。直接驱动系统是解决这个问题的理想之选。

 

直接驱动系统省去了很多组件与传动部件,简化了整体机械设计,使整个系统非常紧凑。直接驱动系统拥有高精度、高可靠性的特点,最重要的是不需要维护。没有皮带或齿轮箱等机械动力传动部件,只需要电机和螺栓即可安装。这样一来,不仅让机械制造商的设备制造更加容易,也使得终端用户的应用集成更加简单。

 

什么是直接驱动

 

直接驱动就是在驱动系统控制下,将直驱电机(力矩或直线)直接连接到负载上,实现对负载的直接驱动。

 

采用此种结构,所有机械传动部件(滚珠丝杠、齿条与齿轮、皮带与皮带轮,以及齿轮箱等)均不再需要,消除了由机械传动带来的反向间隙、迟滞、弹性及与之相关的其它问题。

 

直驱电机大体上看包括直驱旋转电机( DDR,通常也称作直驱力矩电机)和直驱直线电机(DDL)。

 

直驱力矩电机 DDR

 

直驱力矩电机由同步伺服电机演化而来,通常具有较多的磁极对数和较高的功率密度,因此在低转速下具备超大的输出力矩。直驱力矩电机大体上可以分为有框直驱电机、无框直驱电机和模块化直驱电机(有框无轴承)。

 

这其中又以有框直驱电机最为常见,它主要由框架、绕组、磁铁、轴承和伺服反馈等元件组成。

 

无框直驱电机顾名思义没有框架,分离的转子和定子分别直接固定到机械负载上,依靠机械设备的轴承相对运动,不需要任何额外的机械传动部件。

 

模块化直驱电机则结合了以上两者的特点,采用了无轴承的设计,电机的转子直接安装在机械的旋转轴上,具有与普通电机相似的安装便利性。

 

直驱直线电机 DDL

直驱直线电机的原理相当于从中心剥开后平铺摆放的同步伺服电机,其一半为周期性重复的永磁体,另一半为绕组线圈。直驱直线电机主要有两种机械结构:有铁芯直线电机和无铁芯(无槽)直线电机。

有铁芯的直线电机单位体积推力输出较大,适用于高加减速和移动较重的负载,但也因此可能受到齿槽效应的影响;而无铁芯直线电机则适用于较轻的负载,线圈组件和磁路之间没有任何的引力,可以实现超平滑的运动。

 

直接驱动的特点

 

设备制造商和集成商经常认为直驱电机的成本很高,但事实上如果从设备系统的整个生命周期看,由于能够帮助简化机械设计、优化动力传动环节、减少连接组件、减轻总体负载,使用直驱电机将有机会帮助企业极大的提升其运营效率,并降低总体使用成本。

 

寿命更长 – 维护更少

 

传统的系统中丝杆、齿轮、皮带...等机械传动部件会产生磨损。因此,这些机械部件均需要定期维护和检修,如:丝杆和齿轮需要定期进行润滑或更换,皮带需要定期张紧...等。

 

由于直接驱动系统中没有这些传动部件,因此几乎没有磨损。由于不再需要更换皮带、齿轮和润滑油...等,直接驱动系统的维护时间和成本都会显著减少。

 

能效更高

 

由于减少了中间的传动部件和不必要的磨损,能源利用的效率得以大幅的提升。

 

直接驱动系统最大程度上消除了能量传输过程中的损耗,因此非常利于节能。经验表明,相比于普通伺服电机,直驱电机大约能提高 40% 的能效,节约 60% 的能源消耗。

 

实时性更强

 

传统的机械传动部件限制了机器的启停速度和调整时间。

 

直接驱动技术则消除了这些限制因素。由于传动系统不需要弹性联轴器元件, 因此传动系统实时性更佳,动态性能更好,可以实现更快地启停操作,并显著缩短了整定时间。

 

精度和重复性精度更高

 

传统驱动系统的性能通常会受到多种机械间隙的限制,导致最终的定位精度产生偏差。例如,高精度行星齿轮头的背隙可以达到 1 弧分,这意味着负载的定位也会相应的产生至少 1 弧分的偏差。虽然可以使用复杂的机械结构对其进行补偿,但是这通常意味着更高的研发、设计和实施成本。

 

而直接驱动系统由于没有额外的机械部件,可以将机械误差降到最低,从而提高最终的定位精度。一款精密的直驱力矩电机的重复精度通常可以高达 1 弧秒。

 

设计紧凑

 

直接驱动系统完全摒弃了通过传统机械结构提升传动力矩的理念,将电机直接与机械设备相连,从而因消除了复杂的传动结构而省去大量空间占用。

 

这样直驱系统中的组件将得以大幅减少,整个系统非常紧凑。对于设备制造商来说,整体设备的设计更加优化;而对于最终用户来说,设备所需的安装空间则会更小。

 

无需惯量匹配

 

带有机械传动的伺服系统往往需要进行惯量匹配,例如:折算后的负载惯量不能超过电机惯量的 n 倍。而由于机械传动系统对惯量匹配的限制,机器设计人员经常要选用略大于惯量匹配要求的电机规格。

 

而因为直驱电机与负载是直接相连着的,它们二者的惯量因为绑定在一起而成为了系统的公共惯量,所以在使用直驱电机的时候几乎不需要进行惯量匹配。

 

更安静

 

由于没有额外机械传动部件运转带来的噪音,采用直驱电机设备的噪音将得以显著降低。

 

最后再来看看直驱电机的应用领域。

 

常见的直驱电机应用领域包括:

  • 医疗行业:CT、MRI

  • 电子行业:旋转分度机器、回转台、旋转轴 

  • 物流行业:物料搬运、机器人

  • 机械制造行业:伺服压机、机床回转轴、挤出机、辊轮、注塑机

  • 航空航天领域:天线和卫星的平台

  • ...

  近几年,弗雷德斯致力于对新技术和解决方案的创新与研发,公司现有强大可靠先进的技术团队,将一如既往的为客户最苛刻的应用提供电机和系统的研发定制。

2018年3月19日
浏览量:0
收藏