DD馬達選型指南

時間：2018-03-20 點擊次數：8497次 來源：泰道

DDR 電機選型幾大要素

1. 峰值力和持續力

DDR 電機扭矩必須要符合應用需要，或者說電機的峰值扭矩和持續扭矩要高于應用需要的峰值扭矩和RMS（均方根）扭矩，否則，電機將不能達到所需要的最大加速度，或者有時電機會過熱。

直線電機，遵照牛頓第二定律：F = ma，F 是負載運動需要的力，單位為N；m 是運動物體的質量，單位為Kg；a 是加速度，單位為m/s2。

同理，對旋轉電機，T = Jα，T 是負載選擇需要的扭矩，單位是Nm；J 是負載的轉動慣量，單位Kgm2；α是角加速度，單位為rad/ s2 (360° =2π rad)。

對于實際應用，可以計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 = 加速時間                            tc = 勻速時間

                            td = 減速時間                            tw = 停頓時間

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

雅科貝思提供的電機選型軟件，輸入相應的應用參數之后，可以自動計算出峰值扭矩和RMS 扭矩，并推薦可供選擇的電機型號。

雅科貝思的DDR 電機以高扭矩密度為目標設計，相比較傳統旋轉電機設計理念，可以提供更高的峰值扭矩和持續扭矩。

2. 電機慣量 – 越小越好

根據轉矩方程式，T = Jα，如果轉動慣量越小，就可以獲得更高的角加速度。轉動慣量包括兩部分：電機本身的轉動慣量和負載的轉動慣量。

在很多的案例中，電機本身的轉動慣量在總的慣量中占有很大比例。這意味著電機扭矩有大部分用于自身轉動，只有小部分扭矩用于負載轉動。

這種情況會給設計工程師造成設計障礙。為獲取更高的性能，更大加速度和更短的運行周期，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的電機。然而，電機越大，電機本身的轉動慣量就會越大，會導致需要更高的扭矩。有可能更大型號的電機也不能達到更高性能的目標。

因此，DDR 電機本身轉動慣量小是一個優點。應該注意，DDR 電機若使用外部轉子設計，自然會有更大的轉動慣量。

雅科貝思的ADR-A 系列電機采用最佳的轉動慣量設計，扭矩密度與電機慣量的比率極佳。

3. 電機的轉動慣量是否一定要匹配負載慣量？

當使用傳統的伺服電機和機械傳動系統時，有一個慣例，電機慣量和負載慣量的比率要匹配，比率要控制在1:5 以內，或者已提高到1:10 以內。對于DDR 電機，不需要電機慣量和負載慣量匹配，或者說DDR 的電機使用不受電機慣量和負載慣量比例的影響，可以是任意比值。

在傳統的伺服電機應用中，皮帶、滑輪、齒條和齒輪等等機械傳動都存在背隙。因此，在小型快速運動中，需要變換運動方向時，可能會出現負載與電機瞬間解耦(脫離)的問題，這會造成控制方面不夠穩定。慣量匹配就是要解決這個問題，使控制部分能在穩定的范圍內運行。

在使用DDR 電機時，電機與負載直接連接，中間沒有任何傳動機構，不存在背隙的問題。因此，DDR 電機不需要慣量匹配。

4. 齒槽效應 或 穩定扭矩

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

可以用手去旋轉電機來感受齒槽效應，會在特定的位置感覺到阻礙力，使電機轉動起來不是特別的平滑。

齒槽扭矩的缺點在于它會促使運動中產生扭矩波動，從而造成速度波動。運動控制器一定程度上可以彌補這

種影響，但是在低速的勻速運動中，齒槽效應的影響是非常不利的。

齒槽效應的另一個缺點是影響運動的整定性能，在目標位置會有抖動現象。

雅科貝思的ADR 系列電機設計時對槽/極進行了優化，并在定子疊片式鐵芯的齒部做了特別設計，實現最低的齒槽扭矩。最大的齒槽扭矩，即峰峰值數據均標示在電機資料手冊中。

ACD 和ACW 系列電機采用無鐵芯設計，也就是說這兩種電機沒有任何齒槽扭矩。

5. 最大速度

在快速的運動應用中，可以達到很高的峰值速度。根據應用情況，需要考慮合適的繞組類型，確保驅動器的總線電壓可以充分的克服反電動勢電壓。

簡單的說，總線電壓要大于由反電動勢產生的電壓和峰值電流乘于電機電阻總和：

V > ( Kv * Speed + Ip * R)

其中：

V 是總線電壓，單位為VDc；

Kv 是電機的反電動勢常數；

Ip 是峰值電流，單位是Apk；

R 是電機的終端電阻。

雅科貝思的DDR 電機通常提供兩種繞組,以迎合不同的速度和電壓需求。串聯式繞組適用于較低的電流、較高的電壓驅動電路；并聯式繞組適用于較高的電流、比較低的電壓驅動電路。用戶可以根據實際應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動電路。

6. 軸向和徑向跳動

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

雅科貝思DDR 電機的軸向和徑向跳動標示在電機資料手冊上。對標準電機，給予正常的軸向和徑向跳動值，也提供更高規格的指標可供用戶選擇。

7. 反饋

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

光學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 電機無論多大型號，通常使用的光學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，以達到應用所需精度。

比如：ADR135，光柵間距20 微米，每轉有12000 線，標準的插值倍率是40 倍，每轉的分辨率為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49152000 單位，或者說以光柵為反饋的分辨率是5 納米。