2007年11月01
电动机有各种各样的配置，以适应不同的用途。一种特殊的电机类型被称为直接驱动永磁转矩电机，其特点是具有较大的径长比和大量的磁极，以优化转矩的产生。这些相对低速的电机，通常在1000转以下运行，有外壳和无框(或“内置”)版本。直接驱动旋转(DDR)无刷(同步)电机结合了几个设计特点，以提供其预期的功能。必威bet直接驱动意味着在电机和驱动负载之间没有动力传动元件，带来了高动态运动的优点，基本上没有间隙和优秀的静态/动态负载刚度，允许精确的运动控制。转子中大量的磁极对有助于产生高转矩。他们的形状扭矩电机的外形往往较大(一些型号的直径远远超过一米)，但市场上也有较小的单元。在高端，超过20,000 Nm峰值扭矩输出并不罕见。扭矩电机还有其他优点，如负载惯性匹配好，易于控制，成本低噪音排放和流线型的机器设计(见“简化设计”图)。更多的极对和更大的转子直径导致更高的扭矩输出。转矩与转子直径的平方成正比，与转子长度成正比，因此制造商试图使它们尽可能宽，长度相对较短。它们有两种经典格式。“无框”(或“内置”)版本由一组环形转子和定子部件组成，客户必须将其纳入机器结构中(见图片博世力士乐的IndraDyn无框电机)。还需要提供反馈、连接器和冷却手段，这需要大量的设计和组装工作。无框电机的薄环结构提供了一个大的空心轴输入。一个'蜗壳' DDR电机(见照片的西门子1FW3和Baumüller的DST系列)有一个框架，轴承，或常规轴或空心轴。墨盒ddrDanaher Motion采取了第三种方法，开发了一种格式，专注于DDR的优点，同时消除它们的缺点。被称为墨盒DDR(或CDDR)，这些电机保持高磁极计数和大直径，但没有轴承。“转子由客户的轴承支撑，因此设计简单，安装简单Danaher Motion的产品管理总监汤姆·英格兰(Tom England)说:“它可以在不拆卸机器的情况下拆卸电机。在Danaher看来，历史上DDR电机的缺点一直是应用难度和成本。“盒式DDR技术改变了这一点。它使直接驱动的好处既适用于简单的机构，也适用于经典的、性能更高的伺服应用。今天，CDDR技术电机在包装，压进，转换，印刷和医疗设备中找到应用。转矩密度永磁体的强度决定了同步电机的转矩密度。西门子使用钕铁硼(Nd-Fe-B)磁铁在其外壳和无框扭矩电机。这种材料被认为是最强大和最经济的稀土磁体类型。另一个衡量高转矩密度的方法是设计中磁极的数量。较高的极点数转化为更高的扭矩输出，但这一规则在较低的极点数有更大的影响。例如，主要的扭矩增加可以通过设计改变从4到8杆实现保持电机体积不变，但转矩增益的影响要小得多，比如从32个极点改为46个极点。西门子伺服电机和机电一体化产品的产品经理拉尔夫•巴兰解释说:“根据经验，将电极增加到30是测量扭矩密度增加的好方法。”必威官方登陆即便如此，市场上仍有极数远远超过100的无框扭矩电机。控制内容力矩电机的控制很像其他无刷电机，但需要某些特殊规定。控制回路(电流、速度和位置)必须尽可能快地关闭，以提供高的静态/动态刚度。智能伺服驱动器以高速率(通常每0.25毫秒)在内部关闭所有循环。由于“驱动+扭矩电机”组合直接向工件提供扭矩，它也直接影响准确性和平稳的操作。为了获得较高的刚度，需要更高的驱动放大器控制带宽。博世力士乐(Bosch力士乐)机床工业部门经理卡尔•拉普(Karl Rapp)警告说，高动态会激发机械谐波，而这些谐波必须通过不限制性能的滤波器设置由放大器进行过滤。反馈装置的选择也很关键。正弦反馈被推荐为智能驱动器从这个信号获得速度变化。应该避免方波和串行型反馈，因为它们限制了性能。减刑电子换向(或极开关)是需要操作无刷永磁电机。交换不转矩电机的一个简单程序，因为空心轴反馈系统通常是增量的而不是绝对的，需要驱动放大器在每次控制上电后执行自动换向偏移。拉普说:“由于极距变得非常小，使用极数较高的电机，这个过程变得更加复杂。”智能驱动器，如博世力士乐的IndraDrive，提供各种换向功能。饱和法是首选的，因为它可以在不实际移动电机的情况下运行。西门子的巴兰说，从物理上讲，扭矩电机与其他无刷永磁电机具有相同的控制特性。然而，通过消除驱动线上的机械元件，反弹(运动损失)和机械“弱点”也被消除了。其结果是驱动线机械刚度的显著增加。对于控制器来说，这意味着它可以更积极地操作，而不会超调导致应用程序具有更高的加/减速和更精确的定位和路径控制。巴兰说:“经验表明，与传统的电机-联轴器-变速箱组合相比，采用直接驱动设计的机器在机械动力学方面可以实现大约10倍的改进。”由于变速箱和其他机械传动元件不存在，直接驱动Baumüller DST据说电机提供零反弹，使高控制效率。产品经理Marcel Möller解释说，该属性可以通过监测电机扭矩和速度得出有关连接过程质量的结论。运行参数的变化，如润滑油粘度，在控制器中基于软件程序进行关联，从而实现更好的系统控制和产品质量。他补充说:“一般来说，直接驱动还能提高整个系统的效率，节约能源。”至关重要的冷却高扭矩输出在电机绕组中产生热量，必须将其移除，以避免电机损坏。冷却也最大限度地减少了与热相关的膨胀，主要是电机定子。这种膨胀会影响加工精度(机械中的热增长)，但也会在电机安装中造成应力和损坏。由于电机集成到机器结构中，oem必须考虑到热膨胀不同材料的差异，以避免安装定子时损坏。博世力士乐举了一个极端的例子，一个OEM设计只允许部分插入定子到机器孔。在没有液冷的情况下，定子在机器外一侧的热膨胀过高，随着时间的推移导致绕组开裂。冷却方法和体积-液体，强制空气，或对流-主要取决于消耗的功率或占空比，加上热增长的考虑。冷却也会增加扭矩密度。大部分热损失发生在无刷永磁电机的定子绕组中，因为没有磁化电流流经转子造成热损失。消除这些电机产生的热量的一种有效方法是通过靠近定子绕组的管道冷却水。Baran先生说:“测试表明，如果设计为水冷，设计为自然风冷的电机的扭矩输出可以提高30%。”扭矩电机的实际功率输出受到来自绕组的I2R功率损耗和来自定子层压板的涡流损耗的能力的限制。涡流损耗随使用极数的增加而增加。如果产生的热量不能被有效地去除，绕组温升将最终导致绝缘击穿，导致热流到转子。反过来，这种热量可以使转子中的高能磁铁消磁。Baumüller将水冷却集成到其DST扭矩电机作为公认的最高扭矩性能的需要。Möller先生说，只有这样才有可能实现高扭矩密度和同时高过载能力。“集成水冷却还能实现更高的防护等级IP54，这有助于DST电机满足工业环境中的恶劣条件。”除了更大的冷却能力，水冷却还有一个反直觉的优势，那就是降低了噪音发射。Baumüller和其他制造商提到水冷式DDR扭矩电机比风扇冷式电机运行更安静。扭矩电机适用于任何传统齿轮传动、链条或正时带在过去使用过的地方。直接驱动无刷永磁转矩电机的制造商坚信，OEM用户可以获得主要的生产力和质量效益，如果他们的机器设计优化应用这些电机。西门子的经验表明，这些好处是现实的。巴兰说，在某些情况下，机器生产率提高了50%，而精度提高了约30%。oem应用这些扭矩电机的其他原因包括更少的维护和备件库存，更有效的驱动线节省能源，与电机-变速箱组合相比，更小的占地面积的机器节省空间。
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