科爾摩根中國區(qū)應(yīng)用經(jīng)理俞亞波先生

直接驅(qū)動技術(shù)利用當代材料科學、力學、電磁學及自動控制技術(shù)的最新成果而研發(fā)的技術(shù)，有效避免了傳統(tǒng)電動機與絲杠機構(gòu)連接使用時的各種問題，能夠為客戶帶來諸多收益。

科爾摩根（Kollmorgen）是全球領(lǐng)先的運動控制系統(tǒng)和配件供應(yīng)商，憑借70多年的運動控制設(shè)計和開發(fā)專業(yè)經(jīng)驗，科爾摩根公司提供突破性解決方案，具有無與倫比的性能、高可靠性和便捷性。公司擁有世界一流的運動控制理念、業(yè)內(nèi)領(lǐng)先的產(chǎn)品質(zhì)量以及集成和定制產(chǎn)品的專業(yè)能力，致力于為設(shè)備制造商創(chuàng)造毋庸置疑的市場競爭優(yōu)勢。

科爾摩根直接驅(qū)動技術(shù)

簡單的講，直接驅(qū)動技術(shù)DDT(Direct Drive Technology)就是將負載和電動機直接耦合在一起的技術(shù)（圖1）。傳統(tǒng)電動機具有高轉(zhuǎn)速、低轉(zhuǎn)矩的特性，為了能拖動慣量比電動機大得多的負載，并得到理想的控制特性，人們不得不在電動機和負載之間加入各種各樣的機械傳動環(huán)節(jié)，如齒輪箱、皮帶輪和同步帶等。這樣傳統(tǒng)電動機中往往就存在各種各樣的問題：使結(jié)構(gòu)變得更加復雜，增加了安裝和維護的難度；同時因為機械傳動環(huán)節(jié)存在諸如間隙、彈性變形和變摩擦阻尼等因素的影響，使整個系統(tǒng)的諧振頻率降低，電氣響應(yīng)特性變差。而直接驅(qū)動技術(shù)正是利用當代材料科學、力學、電磁學及自動控制技術(shù)的最新成果而研發(fā)的技術(shù)，有效避免了上述問題。

使用直驅(qū)旋轉(zhuǎn)和直驅(qū)直線電動機能夠為客戶帶來諸多收益。

1. 提高準確度和可重復精度。

“精密”級行星減速機的齒隙可以達到1弧分，這樣可以在驅(qū)動電動機絕對靜止的情況下使負載移動1弧分。科爾摩根的標準直接驅(qū)動旋轉(zhuǎn) (DDR) 伺服電動機的可重復精度高于1弧秒。因此，直接驅(qū)動電動機的定位性能比傳統(tǒng)電動機＋減速機高60倍以上，而直線電動機可以達到微米級的移動精度。直接驅(qū)動技術(shù)的精度更高，因而設(shè)備生產(chǎn)的產(chǎn)品質(zhì)量也就更高。

2. 更大的帶寬。

機械傳動組件限制了機器啟動和停止的速度，并延長了所需的趨穩(wěn)時間。這些因素限制了機器的處理能力。直接驅(qū)動技術(shù)克服了上述限制條件，啟動/停止操作的速度更快，另外，還顯著縮短了趨穩(wěn)時間，從而提升了機器的處理能力。

3. 提高了可靠性，不需要維護。

齒輪、皮帶、滑輪、絲杠、螺母和其他機械傳動部件都會出現(xiàn)折斷或者磨損的情況。不使用這些部件而采用直接驅(qū)動電動機，就可以提高機器的可靠性。在磨損較嚴重的啟動/停止系統(tǒng)中，減速機或絲杠等需要定期進行潤滑和/或更換，皮帶也需要定期張緊。而在直接驅(qū)動電動機中不存在隨時間磨損的組件，因而也就不需要維護。

4. 部件數(shù)量更少。

使用直接驅(qū)動電動機，只需要電動機本身和安裝螺栓就可以了，這種結(jié)構(gòu)通常可以取代很多部件，其中包括支架、護罩、皮帶、滑輪、張緊器、聯(lián)軸器和螺栓，從而帶來如下所述優(yōu)勢。第一，BOM上的部件數(shù)量更少。要采購、安置、存儲和控制的部件更少，要組裝的部件也更少。第二，縮短了伺服組裝時間，組裝采用機械傳動的伺服裝置需要幾個小時，而組裝采用DDR的伺服裝置僅需幾分鐘即可。第三，降低了成本。雖然直接驅(qū)動電動機與具有相同轉(zhuǎn)矩的電動機/減速機裝置相比，價格略高，但是因為它不再需要機械傳動伺服系統(tǒng)需要的所有額外組件，因而節(jié)省了相應(yīng)的部件和人工費用，所以降低了總成本。

5. 無需慣量匹配。

帶有機械傳動的伺服系統(tǒng)需要慣量匹配，這將反映負載慣量限制在電動機慣量的3～5倍。如果達不到這個限制條件，就會因為存在不穩(wěn)定性問題而導致系統(tǒng)難以控制。因為機械傳動系統(tǒng)存在慣量匹配限制，所以機器設(shè)計人員通常不得不選用更大型號的電動機，而直接驅(qū)動技術(shù)就不需要滿足這種規(guī)格限制。因為電動機直接連接到負載，所以電動機和負載的慣量成為一個公共慣量，因此，在使用DDR的時候不需要進行慣量匹配。

6. 降低了噪聲。

減速機和絲杠等機械傳動部件在運動中會產(chǎn)生較大的噪聲，而直線驅(qū)動裝置工作則安靜的多。

直線電動機

直線電動機也稱線性電動機、線性馬達或直線馬達。直線電動機也可以簡單描述為旋轉(zhuǎn)電動機被展平，而工作原理相同（圖2）。永磁無刷旋轉(zhuǎn)電動機的兩個基本部件是定子（初級線圈）和轉(zhuǎn)子（次級或旋轉(zhuǎn)磁體）。在無刷直線電動機中，將轉(zhuǎn)子平鋪成為磁體軌道（也稱為磁路）。將旋轉(zhuǎn)電動機的主機線圈平鋪成為線圈組件（有時也稱為滑塊）。

直線電動機的動子是用環(huán)氧樹脂材料把線圈壓縮在一起制成的，而磁路是把磁鐵（通常是高能量的稀土磁鐵）固定在鋼板上。直線電動機的動子包括線圈繞組、霍爾元件電路板、溫度傳感器探頭和動力電路接口。

科爾摩根從20世紀70年代晚期開始設(shè)計和制造直線電動機產(chǎn)品DDL，當時為有刷直流電動機，在80年代早期開發(fā)出無刷直線電動機，經(jīng)過多年的研發(fā)，目前已經(jīng)形成了IL（無鐵芯系列）、IC（有鐵芯系列）和ICD（超薄型有鐵芯系列）3大系列。

相比于常規(guī)的直線運動機構(gòu)-旋轉(zhuǎn)電動機通過螺母和絲杠的配合，把旋轉(zhuǎn)運動轉(zhuǎn)變成直線運動，我們的直線電動機產(chǎn)品DDL(Direct Drive Linear)有以下優(yōu)點：直接直線移動，大推力（峰值推力可達16000N）；高加速度（最高可達到10g）；高速度（最高可達15m/s）；寬調(diào)速范圍（最低移動速度可達1μm/s）；高動態(tài)響應(yīng)；以及更高的機械效率。滾珠絲杠和螺母配合可以達到90%的機械效率，而梯形絲杠則只能達到40%的機械效率，即便考慮到極小的直線導軌上的摩擦等因素，直線電動機的機械效率也是非常高的，通常在95%以上。

直線電動機在制罐行業(yè)的應(yīng)用

目前國內(nèi)的制罐行業(yè)，隨著罐裝奶粉、罐裝飲料等快速發(fā)展得到了蓬勃發(fā)展。在該行業(yè)，大部分OEM客戶使用旋轉(zhuǎn)電動機＋滾珠絲杠/螺母的控制方式，譬如常見的單夾送料的制罐設(shè)備，其速度一般受制于送料平臺的性能。因為單夾送料設(shè)備一個周期結(jié)束后必須回退到一個取料的位置上去取新的板料，由于現(xiàn)在送料設(shè)備上滾珠絲杠/螺母的運動速度一般不超過1m/s，所以即便使用高性能的多軸伺服控制器，從上一個周期結(jié)束排掉廢料到回到取料位置取上新的材料，再到第一個沖壓位置，整個周期需要2.5s的時間，而當時本人參與試驗時候的料板沖壓只需要9s時間，這個設(shè)備的效率是9/(2.5+9)=78%，效率的提升完全受制于直線運動的速度。

而在設(shè)計雙夾送料設(shè)備時，會發(fā)現(xiàn)運動控制更多受制于在前夾控制前一張料板沖壓完最后一個位置沖頭抬起到下落過程的瞬間，后夾送料機構(gòu)能否把料板送到這張材料的第一個沖壓位置。

對于運動控制來講，則可以簡化為后夾機構(gòu)需要多快的速度把料板送過來，經(jīng)過實際的驗算以及在原型機上的測試表明，絲杠機構(gòu)無法滿足快速和長期穩(wěn)定性的需求。在要求高速運動的應(yīng)用中，絲杠的高速轉(zhuǎn)動容易摔掉潤滑脂，增大運行噪聲，使磨損加劇，而且生產(chǎn)較長絲杠的成本也非常高。

在這種應(yīng)用場合下，直線電動機的優(yōu)勢被淋漓盡致的凸顯出來（圖3）：高加速度、高速度、高系統(tǒng)動態(tài)性能、平穩(wěn)運行和高定位精度、尺寸可以做的很長、無磨損且易于維護等。