科尔摩根中国区应用经理俞亚波先生

直接驱动技术利用当代材料科学、力学、电磁学及自动控制技术的最新成果而研发的技术，有效避免了传统电动机与丝杠机构连接使用时的各种问题，能够为客户带来诸多收益。

科尔摩根（Kollmorgen）是全球领先的运动控制系统和配件供应商，凭借70多年的运动控制设计和开发专业经验，科尔摩根公司提供突破性解决方案，具有无与伦比的性能、高可靠性和便捷性。公司拥有世界一流的运动控制理念、业内领先的产品质量以及集成和定制产品的专业能力，致力于为设备制造商创造毋庸置疑的市场竞争优势。

科尔摩根直接驱动技术

简单的讲，直接驱动技术DDT(Direct Drive Technology)就是将负载和电动机直接耦合在一起的技术（图1）。传统电动机具有高转速、低转矩的特性，为了能拖动惯量比电动机大得多的负载，并得到理想的控制特性，人们不得不在电动机和负载之间加入各种各样的机械传动环节，如齿轮箱、皮带轮和同步带等。这样传统电动机中往往就存在各种各样的问题：使结构变得更加复杂，增加了安装和维护的难度；同时因为机械传动环节存在诸如间隙、弹性变形和变摩擦阻尼等因素的影响，使整个系统的谐振频率降低，电气响应特性变差。而直接驱动技术正是利用当代材料科学、力学、电磁学及自动控制技术的最新成果而研发的技术，有效避免了上述问题。

使用直驱旋转和直驱直线电动机能够为客户带来诸多收益。

1. 提高准确度和可重复精度。

“精密”级行星减速机的齿隙可以达到1弧分，这样可以在驱动电动机绝对静止的情况下使负载移动1弧分。科尔摩根的标准直接驱动旋转 (DDR) 伺服电动机的可重复精度高于1弧秒。因此，直接驱动电动机的定位性能比传统电动机＋减速机高60倍以上，而直线电动机可以达到微米级的移动精度。直接驱动技术的精度更高，因而设备生产的产品质量也就更高。

2. 更大的带宽。

机械传动组件限制了机器启动和停止的速度，并延长了所需的趋稳时间。这些因素限制了机器的处理能力。直接驱动技术克服了上述限制条件，启动/停止操作的速度更快，另外，还显著缩短了趋稳时间，从而提升了机器的处理能力。

3. 提高了可靠性，不需要维护。

齿轮、皮带、滑轮、丝杠、螺母和其他机械传动部件都会出现折断或者磨损的情况。不使用这些部件而采用直接驱动电动机，就可以提高机器的可靠性。在磨损较严重的启动/停止系统中，减速机或丝杠等需要定期进行润滑和/或更换，皮带也需要定期张紧。而在直接驱动电动机中不存在随时间磨损的组件，因而也就不需要维护。

4. 部件数量更少。

使用直接驱动电动机，只需要电动机本身和安装螺栓就可以了，这种结构通常可以取代很多部件，其中包括支架、护罩、皮带、滑轮、张紧器、联轴器和螺栓，从而带来如下所述优势。第一，BOM上的部件数量更少。要采购、安置、存储和控制的部件更少，要组装的部件也更少。第二，缩短了伺服组装时间，组装采用机械传动的伺服装置需要几个小时，而组装采用DDR的伺服装置仅需几分钟即可。第三，降低了成本。虽然直接驱动电动机与具有相同转矩的电动机/减速机装置相比，价格略高，但是因为它不再需要机械传动伺服系统需要的所有额外组件，因而节省了相应的部件和人工费用，所以降低了总成本。

5. 无需惯量匹配。

带有机械传动的伺服系统需要惯量匹配，这将反映负载惯量限制在电动机惯量的3～5倍。如果达不到这个限制条件，就会因为存在不稳定性问题而导致系统难以控制。因为机械传动系统存在惯量匹配限制，所以机器设计人员通常不得不选用更大型号的电动机，而直接驱动技术就不需要满足这种规格限制。因为电动机直接连接到负载，所以电动机和负载的惯量成为一个公共惯量，因此，在使用DDR的时候不需要进行惯量匹配。

6. 降低了噪声。

减速机和丝杠等机械传动部件在运动中会产生较大的噪声，而直线驱动装置工作则安静的多。

直线电动机

直线电动机也称线性电动机、线性马达或直线马达。直线电动机也可以简单描述为旋转电动机被展平，而工作原理相同（图2）。永磁无刷旋转电动机的两个基本部件是定子（初级线圈）和转子（次级或旋转磁体）。在无刷直线电动机中，将转子平铺成为磁体轨道（也称为磁路）。将旋转电动机的主机线圈平铺成为线圈组件（有时也称为滑块）。

直线电动机的动子是用环氧树脂材料把线圈压缩在一起制成的，而磁路是把磁铁（通常是高能量的稀土磁铁）固定在钢板上。直线电动机的动子包括线圈绕组、霍尔元件电路板、温度传感器探头和动力电路接口。

科尔摩根从20世纪70年代晚期开始设计和制造直线电动机产品DDL，当时为有刷直流电动机，在80年代早期开发出无刷直线电动机，经过多年的研发，目前已经形成了IL（无铁芯系列）、IC（有铁芯系列）和ICD（超薄型有铁芯系列）3大系列。

相比于常规的直线运动机构-旋转电动机通过螺母和丝杠的配合，把旋转运动转变成直线运动，我们的直线电动机产品DDL(Direct Drive Linear)有以下优点：直接直线移动，大推力（峰值推力可达16000N）；高加速度（最高可达到10g）；高速度（最高可达15m/s）；宽调速范围（最低移动速度可达1μm/s）；高动态响应；以及更高的机械效率。滚珠丝杠和螺母配合可以达到90%的机械效率，而梯形丝杠则只能达到40%的机械效率，即便考虑到极小的直线导轨上的摩擦等因素，直线电动机的机械效率也是非常高的，通常在95%以上。

直线电动机在制罐行业的应用

目前国内的制罐行业，随着罐装奶粉、罐装饮料等快速发展得到了蓬勃发展。在该行业，大部分OEM客户使用旋转电动机＋滚珠丝杠/螺母的控制方式，譬如常见的单夹送料的制罐设备，其速度一般受制于送料平台的性能。因为单夹送料设备一个周期结束后必须回退到一个取料的位置上去取新的板料，由于现在送料设备上滚珠丝杠/螺母的运动速度一般不超过1m/s，所以即便使用高性能的多轴伺服控制器，从上一个周期结束排掉废料到回到取料位置取上新的材料，再到第一个冲压位置，整个周期需要2.5s的时间，而当时本人参与试验时候的料板冲压只需要9s时间，这个设备的效率是9/(2.5+9)=78%，效率的提升完全受制于直线运动的速度。

而在设计双夹送料设备时，会发现运动控制更多受制于在前夹控制前一张料板冲压完最后一个位置冲头抬起到下落过程的瞬间，后夹送料机构能否把料板送到这张材料的第一个冲压位置。

对于运动控制来讲，则可以简化为后夹机构需要多快的速度把料板送过来，经过实际的验算以及在原型机上的测试表明，丝杠机构无法满足快速和长期稳定性的需求。在要求高速运动的应用中，丝杠的高速转动容易摔掉润滑脂，增大运行噪声，使磨损加剧，而且生产较长丝杠的成本也非常高。

在这种应用场合下，直线电动机的优势被淋漓尽致的凸显出来（图3）：高加速度、高速度、高系统动态性能、平稳运行和高定位精度、尺寸可以做的很长、无磨损且易于维护等。