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在运动应用的背景下,什么是直接驱动?

通过丹尼尔•柯林斯|2021年6月26日

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直接驱动系统允许负载直接连接到电机上。
图片来源:Celera Motion

在最常见的电机驱动系统中,电机与通过机械传动元件——皮带、链条、齿条和齿轮、滚珠或丝杠,甚至是简单的齿轮箱移动的负载相连。但是一些直线和旋转运动系统不需要机械传动元件,而是将负载直接连接到电机上。这些系统被称为直接驱动系统。

有几种类型的线性和旋转直接驱动系统,范围从线性电机和力矩马达来语音线圈还有一些压电电机设计。线性电机和扭矩电动机可以说是最常见的类型,用于从包装和装配设备到机床和六轴机器人的一切,其中高加速度和紧凑的外形是主要的好处。对于纳米定位或小冲程,振荡应用,音圈电机的直接驱动原理和一些压电电机设计,如弯曲和超声波版本,意味着极高的刚性和优异的定位精度。

除了每个特定技术固有的好处,直接驱动系统都有几种共同的特征。首先,消除机械传动部件的消除意味着没有间隙,卷绕或在系统中的顺应性,因此刚度显着提高。更好的刚度意味着提高定位精度和可重复性,以及降低的共振 - 所以伺服控制可以以更高的增益调整.直接驱动系统也能承受较高的负荷负载电动机惯量比率,而不影响电机控制负载的能力。

直接驱动旋转执行器通常基于扭矩或薄煎饼式电动机,具有平坦,低高的设计。
图片来源:ETEL S.A.

与使用机械传动元件的系统相比,直接传动系统的摩擦更小,因此扭矩或力要求更低。产生的热量也减少了,这意味着更少的电力损失之间的电机和负载-这提高了系统效率。


虽然摩擦通常被视为两个部件之间相对运动的不希望的影响,但是在某些应用中,直接驱动器中固有的降低的摩擦力可以是下行的。例如,通过直接驱动,耐压驱动抵抗很小,因此垂直应用中使用的线性直接驱动系统将需要外部制动器或其他措施,例如配重,以防止如果电源掉落丢失。

机械传动组件中固有的摩擦和顺应性也可以提供用于振动和振荡的阻尼,而直接驱动系统通常为这些效果提供较少的阻尼,这可能意味着增加建立时间.


机器人直接驱动电机
力矩电机在机器人应用中经常使用。
图片来源:TorqueTec GmbH

消除机械传动组件也有利于减少系统的惯性。在一些应用中 - 例如,在高推力力决定大直径球螺杆驱动的情况下,较少的惯性使得可以使用较小的电动机。并且惯性较低的系统可以更快地加速和减速,使得更容易实现高度动态的移动,更快的停止,这可能特别有益,在负载可能对其他设备或人员呈现危险之中。

直接驱动系统在维护和终身方面还提供对传统系统的好处。首先,耐磨部件较少,润滑需求最小化,备件库存流线型。并且消除了可以体验过早磨损或失败的机械部件意味着直接驱动系统通常可以使用带,滚珠丝杠或其他机械传动部件的系统实现更长的使用寿命。


提交:运动控制技巧


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