直驱马达的基础知识

什么是直驱马达?

传统的AC伺服马达一般来说属于高转速、低扭矩的马达,因而需要通过齿轮或皮带等中间机构来实现高扭矩化。但是,这会导致机构复杂化,增加机械损耗,并因背隙而导致精度下降,同时还需要频繁维护。

与之相对,直驱马达省去了减速机、皮带等中间机构,将马达与工件直接耦合起来,从而大幅提高传动系统的刚性,并实现无背隙的高速精密驱动,同时还能节省空间并提供安静的驱动动力。

直驱马达的结构

直驱马达的结构大致上由四个单元部件组成:固定部(定子)、旋转部(转子)、轴承、以及用于检测旋转位置的传感器(编码器)。

轴承通常采用交叉滚子轴承,这种设计能够通过一个轴承同时承受径向负荷、轴向负荷和力矩负荷,与双列角接触滚珠轴承相比,这种设计既能实现薄型化,又能大幅提高刚性。此外,由于轴承结构允许调整间隙,因而可以施加预紧力,从而可获得高精度的旋转性能。

此外,通过与高解析度率编码器组合使用,可以实现精密控制。一般的AC伺服马达极数约为8~12极,而直驱马达则可达到20极以上,大型直驱马达甚至超过100极,多极结构实现低扭矩脉冲波动与大扭矩。

直驱马达的特点与导入优势

1 | 节省空间

用于产生大扭矩的减速机在结构上往往体型庞大,需要占用大量空间,而直驱马达由于无需减速机,从整个驱动系统来看,可实现省空间与小型化。

2 | 维护性

AC伺服马达与减速机组合时,由于减速机的齿轮滑动部分易磨损,需要进行为去除脱落的金属粉、老化润滑脂等的拆卸、清洁及组装调整;而直驱马达由于结构简单,没有齿轮滑动部,基本上无需维护。此外,由于没有减速机构,即使进行急加速或急减速,也无需担心故障或损坏。

3 | 高响应

由于低惯量旋转部与驱动系统刚性的提高,伺服控制特性可被直接、迅速地反映出来,从而提高设备性能。

高速、高响应动作([高速处理装置示意图)视频

4 | 实现高精度的速度控制

直驱马达无需减速机,因此不存在背隙,并且马达极数多,输出扭矩的波动小,从而可实现优异的速度稳定性。本公司的直驱马达“τDISC”在低速(2rpm)下仍能保持±0.1%(无负载时)的速度变动率,表现出优异的速度稳定性。

应用实例

实例1 | 高速分度机构:测试处理装置

测试处理装置是一种电子部件的检查装置,通过将电子部件放置在圆盘转台上的夹具上进行分度动作,在各工位进行相应的操作。在此类用途中,为了加快节拍,要求具备高精度和高响应性的马达。

实例2 | 大型面板的校准用途

需要在工件的特定位置进行精密加工,因此必须具备精度定位与高刚性。

实例3 | 卷放装置

该设备常用于对薄膜进行涂膜处理,属于卷对卷(Roll To Roll)方式。此方式虽然处理能力强,但传输精度与处理不均(涂敷不均等)直接相关,因此对速度稳定性要求极高。

实例4 | 方向盘模拟器

利用直驱马达扭矩脉冲波动小的优势,其被应用于方向盘模拟器的实例逐渐增多,用以在自动驾驶时将路面反馈忠实且自然地还原为转向扭矩,这种应用不仅扩展到了难以量化的人体感官评价领域,还使直驱马达不再仅仅作为驱动源,而是直接提升装置性能的核心组件,其应用正逐步增加。

直驱马达的主要应用行业

半导体与电子部件行业

晶圆切割装置、贴片机、测试处理装置、晶圆搬运装置、晶圆倒角装置、研磨装置、检查装置等

汽车行业

扭矩试验机、耐久试验机、转向试验机、零件加工机、搬运装置等

FPD行业

贴合装置、刻划机、检查装置、激光加工装置等

转换加工、印刷机行业

成膜装置、拉伸装置、卷材涂布器、卷放机构、叠层装置、PE印刷机、丝网印刷机、轮转印刷机等

食品装置行业

旋盖机、食品搬运装置、灌装机等

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