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DDR 電機(jī)選型幾大要素

1. 峰值力和持續(xù)力

DDR 電機(jī)扭矩必須要符合應(yīng)用需要，或者說電機(jī)的峰值扭矩和持續(xù)扭矩要高于應(yīng)用需要的峰值扭矩和RMS（均方根）扭矩，否則，電機(jī)將不能達(dá)到所需要的最大加速度，或者有時(shí)電機(jī)會(huì)過熱。

直線電機(jī)，遵照牛頓第二定律：F = ma，F(xiàn) 是負(fù)載運(yùn)動(dòng)需要的力，單位為N；m 是運(yùn)動(dòng)物體的質(zhì)量，單位為Kg；a 是加速度，單位為m/s2。

同理，對(duì)旋轉(zhuǎn)電機(jī)，T = Jα，T 是負(fù)載選擇需要的扭矩，單位是Nm；J 是負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，單位Kgm2；α是角加速度，單位為rad/ s2 (360° =2π rad)。

對(duì)于實(shí)際應(yīng)用，可以計(jì)算需要的峰值扭矩和RMS 扭矩：

峰值扭矩取決于加速度/減速度，T = Jα

                    其中：

                            Ta = 加速扭矩                            Tc = 勻速扭矩

                            Td = 減速扭矩                            Tw = 停頓扭矩

                            ta = 加速時(shí)間                            tc = 勻速時(shí)間

                            td = 減速時(shí)間                            tw = 停頓時(shí)間

電機(jī)的選擇要基于計(jì)算出的峰值扭矩和RMS 扭矩。另外需要增加20-30%的安全系數(shù)，特別是假設(shè)摩擦力和反向作用力為零時(shí)。

雅科貝思提供的電機(jī)選型軟件，輸入相應(yīng)的應(yīng)用參數(shù)之后，可以自動(dòng)計(jì)算出峰值扭矩和RMS 扭矩，并推薦可供選擇的電機(jī)型號(hào)。

雅科貝思的DDR 電機(jī)以高扭矩密度為目標(biāo)設(shè)計(jì)，相比較傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計(jì)理念，可以提供更高的峰值扭矩和持續(xù)扭矩。

2. 電機(jī)慣量 – 越小越好

根據(jù)轉(zhuǎn)矩方程式，T = Jα，如果轉(zhuǎn)動(dòng)慣量越小，就可以獲得更高的角加速度。轉(zhuǎn)動(dòng)慣量包括兩部分：電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量和負(fù)載的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

在很多的案例中，電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量在總的慣量中占有很大比例。這意味著電機(jī)扭矩有大部分用于自身轉(zhuǎn)動(dòng)，只有小部分扭矩用于負(fù)載轉(zhuǎn)動(dòng)。

這種情況會(huì)給設(shè)計(jì)工程師造成設(shè)計(jì)障礙。為獲取更高的性能，更大加速度和更短的運(yùn)行周期，就需要更大扭矩，為了取得更大的扭矩，工程師就要選擇更大型號(hào)的電機(jī)。然而，電機(jī)越大，電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量就會(huì)越大，會(huì)導(dǎo)致需要更高的扭矩。有可能更大型號(hào)的電機(jī)也不能達(dá)到更高性能的目標(biāo)。

因此，DDR 電機(jī)本身轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小是一個(gè)優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該注意，DDR 電機(jī)若使用外部轉(zhuǎn)子設(shè)計(jì)，自然會(huì)有更大的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量。

雅科貝思的ADR-A 系列電機(jī)采用最佳的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量設(shè)計(jì)，扭矩密度與電機(jī)慣量的比率極佳。

3. 電機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量是否一定要匹配負(fù)載慣量？

當(dāng)使用傳統(tǒng)的伺服電機(jī)和機(jī)械傳動(dòng)系統(tǒng)時(shí)，有一個(gè)慣例，電機(jī)慣量和負(fù)載慣量的比率要匹配，比率要控制在1:5 以內(nèi)，或者已提高到1:10 以內(nèi)。對(duì)于DDR 電機(jī)，不需要電機(jī)慣量和負(fù)載慣量匹配，或者說DDR 的電機(jī)使用不受電機(jī)慣量和負(fù)載慣量比例的影響，可以是任意比值。

在傳統(tǒng)的伺服電機(jī)應(yīng)用中，皮帶、滑輪、齒條和齒輪等等機(jī)械傳動(dòng)都存在背隙。因此，在小型快速運(yùn)動(dòng)中，需要變換運(yùn)動(dòng)方向時(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)負(fù)載與電機(jī)瞬間解耦(脫離)的問題，這會(huì)造成控制方面不夠穩(wěn)定。慣量匹配就是要解決這個(gè)問題，使控制部分能在穩(wěn)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。

在使用DDR 電機(jī)時(shí)，電機(jī)與負(fù)載直接連接，中間沒有任何傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，不存在背隙的問題。因此，DDR 電機(jī)不需要慣量匹配。

4. 齒槽效應(yīng) 或 穩(wěn)定扭矩

DDR 電機(jī)定子的疊片式鐵芯的齒部會(huì)造成齒槽效應(yīng)。如下圖所示，說明了齒槽效應(yīng)是由定子齒部和磁鐵之間的吸引力產(chǎn)生的。

可以用手去旋轉(zhuǎn)電機(jī)來感受齒槽效應(yīng)，會(huì)在特定的位置感覺到阻礙力，使電機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)起來不是特別的平滑。

齒槽扭矩的缺點(diǎn)在于它會(huì)促使運(yùn)動(dòng)中產(chǎn)生扭矩波動(dòng)，從而造成速度波動(dòng)。運(yùn)動(dòng)控制器一定程度上可以彌補(bǔ)這

種影響，但是在低速的勻速運(yùn)動(dòng)中，齒槽效應(yīng)的影響是非常不利的。

齒槽效應(yīng)的另一個(gè)缺點(diǎn)是影響運(yùn)動(dòng)的整定性能，在目標(biāo)位置會(huì)有抖動(dòng)現(xiàn)象。

雅科貝思的ADR 系列電機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)槽/極進(jìn)行了優(yōu)化，并在定子疊片式鐵芯的齒部做了特別設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)最低的齒槽扭矩。最大的齒槽扭矩，即峰峰值數(shù)據(jù)均標(biāo)示在電機(jī)資料手冊(cè)中。

ACD 和ACW 系列電機(jī)采用無(wú)鐵芯設(shè)計(jì)，也就是說這兩種電機(jī)沒有任何齒槽扭矩。

5. 最大速度

在快速的運(yùn)動(dòng)應(yīng)用中，可以達(dá)到很高的峰值速度。根據(jù)應(yīng)用情況，需要考慮合適的繞組類型，確保驅(qū)動(dòng)器的總線電壓可以充分的克服反電動(dòng)勢(shì)電壓。

簡(jiǎn)單的說，總線電壓要大于由反電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生的電壓和峰值電流乘于電機(jī)電阻總和：

V > ( Kv * Speed + Ip * R)

其中：

V 是總線電壓，單位為VDc；

Kv 是電機(jī)的反電動(dòng)勢(shì)常數(shù)；

Ip 是峰值電流，單位是Apk；

R 是電機(jī)的終端電阻。

雅科貝思的DDR 電機(jī)通常提供兩種繞組,以迎合不同的速度和電壓需求。串聯(lián)式繞組適用于較低的電流、較高的電壓驅(qū)動(dòng)電路；并聯(lián)式繞組適用于較高的電流、比較低的電壓驅(qū)動(dòng)電路。用戶可以根據(jù)實(shí)際應(yīng)用中需要的最大速度來選擇繞組類型，并基于電流和供電電壓匹配驅(qū)動(dòng)電路。

6. 軸向和徑向跳動(dòng)

DDR 電機(jī)的軸向和徑向跳動(dòng)由其使用的軸承精度、機(jī)械加工件和零部件的安裝精度決定。在高精度的應(yīng)用中需要考慮軸向和徑向跳動(dòng)。

雅科貝思DDR 電機(jī)的軸向和徑向跳動(dòng)標(biāo)示在電機(jī)資料手冊(cè)上。對(duì)標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，給予正常的軸向和徑向跳動(dòng)值，也提供更高規(guī)格的指標(biāo)可供用戶選擇。

7. 反饋

雅科貝思DDR 電機(jī)通常使用光學(xué)增量編碼器反饋。但是，也有其它反饋類型可以選擇，如：旋變編碼器、絕對(duì)值編碼器和感應(yīng)式編碼器。

光學(xué)編碼器相比較旋變編碼器可提供更好的精度和更高的分辨率。雅科貝思DDR 電機(jī)無(wú)論多大型號(hào)，通常使用的光學(xué)編碼器光柵尺的光柵間距是20 微米。通過插值，可以獲得非常高的分辨率，以達(dá)到應(yīng)用所需精度。

比如：ADR135，光柵間距20 微米，每轉(zhuǎn)有12000 線，標(biāo)準(zhǔn)的插值倍率是40 倍，每轉(zhuǎn)的分辨率為480000單位，或者說以光柵為反饋的分辨率是0.5 微米。采用SINCOS（模擬量編碼器），4096 倍的插值之后，可以得到的分辨率為每轉(zhuǎn)49152000 單位，或者說以光柵為反饋的分辨率是5 納米。