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在运动应用中什么是直接驱动?

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,电机是耦合负载被移动的一个机械传动元件-皮带,链条,齿条和小齿轮,滚珠或丝杠,甚至简单的一个变速箱。但是一些直线和旋转运动系统不使用机械传动元件,而是将负载直接耦合到电机上。这些被称为直接驱动系统。

有几种类型的直线和旋转直接驱动系统,从线性马达和力矩马达来声音线圈和一些压电马达设计。直线电机和扭矩电机可以说是最常见的类型,用于从包装和组装设备到机床和六轴机器人,其中高加速度和紧凑的形式因素是关键的好处。对于纳米定位或小行程,振荡应用,音圈电机的直接驱动原理和一些压电电机的设计,如弯曲和超声波版本,意味着极高的刚性和优秀的定位精度。

除了每个特定技术固有的优点外,直接驱动系统都有几个共同的特点。首先,机械传动元件的消除意味着系统中没有侧隙、卷绕或顺应性,因此刚度显著提高。更好的刚度意味着增加定位精度和重复性,以及减少共振-所以伺服控制可以调整更高的增益.直接驱动系统也可以容忍更高负载电机惯性比率,而不影响电机控制负载的能力。

直接驱动旋转执行器通常是基于扭矩或煎饼式电机,有一个扁平,低高度的设计。
图片来源:ETEL S.A.

与使用机械传动元件的系统相比,直接驱动系统的摩擦更低,因此扭矩或力要求更低。热量的产生也减少了,这意味着更少的功率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组件之间相对运动的不良影响,但直接驱动中固有的摩擦减少在某些应用中可能是不利的。例如,在直接驱动中,反向驱动的阻力很小,因此在垂直应用中使用的直线直接驱动系统将需要外部制动或其他措施,如配重,以防止功率丢失时负载下降。

机械传动部件固有的摩擦和顺应性也可以为振动和振荡提供阻尼,而直接驱动系统通常为这些影响提供较少的阻尼,这可能意味着增加沉淀时间.


机器人采用直接驱动电机
力矩电机经常用于机器人的应用。
图片来源:TorqueTec GmbH

消除机械传动部件也有减少系统惯性的好处。在一些应用中-例如,高推力将规定一个大直径滚珠丝杠驱动-无惯性使它可能使用一个较小的电机。而具有较低惯性的系统可以更快地加速和减速,使其更容易实现高动态移动和更快的停止,这在负载可能对其他设备或人员构成危险的情况下尤其有益。

直接驱动系统在维护和使用寿命方面也优于传统系统。首先,磨损部件较少,润滑需求最小化,备件库存流线型。消除了可能出现过早磨损或故障的机械部件,意味着直接驱动系统通常比使用皮带、滚珠丝杠或其他机械传动部件的系统使用寿命更长。


了下:运动控制技巧


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