伺服电机和直接驱动技术的优势-深圳市智创电机有限公司

伺服电机和直接驱动技术的优势

多年来，出于各种原因，步进电机一直是设计用于仪器仪表的流行的电机类型。步进电机已变得越来越商品化，并且可以轻松采购。此外，不断增长的“创客运动”同时使它们更受欢迎并降低了成本。与伺服电机不同，步进电机不需要调整以优化其性能。此外，使用步进电机执行缩放和运动命令通常既快速又简单。伺服电机在执行复杂（扭矩、速度或位置）闭环时通常需要更多专业知识。微步进允许大多数现代驱动电子设备将步进电机步进或增量到每转 50,800 步或更高的分辨率。

无框旋转套件电机。

然而，实验室自动化的宏观趋势正在促使仪器设计人员寻找步进电机的替代品。其中重要的是提高吞吐量的压力。减少执行测试所需的时间是降低成本的快方法之一。更小的占地面积是另一个重要的成本节约技术。更紧凑的仪器对于节省地板和工作台空间至关重要。在生命科学仪器中，试剂占每次测试增量成本的很大一部分。降低成本需要减少样品的大小和使用的试剂量。为了适应这种减少的样本量，仪器的运动精度变得越来越重要。对多功能设计的渴望代表了另一个重要趋势，因为消费者需要具有更大集成功能的仪器。现代仪器买家还需要越来越智能和感知的产品。一个特别受欢迎的属性是“确定性”，它使仪器不仅可以了解所有位置，还可以了解电机运行参数的状态，例如温度或不同的故障条件。为了应对这些趋势，仪器设计人员越来越多地转向伺服电机和直接驱动技术。对于设计人员来说，探索这些技术中的每一种与步进电机的比较可能会有所帮助。

伺服电机与步进电机

与步进电机非常相似，伺服电机可用作传统的旋转电机 - 以及线性伺服电机（图 1）。有几个优势导致越来越多的仪器制造商倾向于使用伺服电机来提高其仪器的性能：更大的扭矩：对于在线性伺服等效中只需要短时间的扭矩或力的应用（通常用于加速物体），伺服电机可以在短时间内提供比连续处理更多的电流。

步进电机和伺服电机。

更高的速度：伺服电机的速度通常是典型步进电机的 2-3 倍。这可能允许设计人员增加额外的减少量，以在更小的封装中获得更大的扭矩。例如，比较两个等效堆叠长度的 NEMA 框架电机：一个步进电机 (HV233) 和一个伺服电机 (SM233)。这两种电机的性能曲线都是在环境温度下相同的操作条件下生成的，并且每个电机都向驱动电子设备提供相同的 120 伏交流电。如果我们将步进电机的性能与伺服的连续性能进行比较，那么在低 RPM（小于 1000）时，步进电机具有轻微的扭矩优势；然而，一旦我们进入更高的 RPM，步进电机的扭矩性能会急剧下降，伺服的速度-扭矩性能变得更加突出。现在考虑伺服电机相对于步进电机的峰值性能。诚然，伺服器只能在这个峰值扭矩范围内短时间运行，并且必须让产生的热量散发出去，但伺服器在这个运行范围内的极端优势是显而易见的。更高的精度：伺服电机使用反馈设备，这些设备使用编码器来检测系统中的错误，并通过围绕电机、扭矩、速度或位置的控制回路来纠正此错误以满足机构的所需性能。提供多种编码器选项。在旋转电机中，选项包括典型的玻璃盘或新型低成本磁性、正交、极其坚固的旋转变压器、模拟正弦/余弦和多圈格式，无需归位。线性编码器技术提供与旋转设备上可用的技术类似的技术：更低的可听噪音：正确调谐的伺服电机是忍者般的安静。伺服驱动应用中大的噪声源通常是传动系统或轴承。步进电机在运行期间通常会发出大约 68 dB 的声音。灵活的绕线技术：现代设计软件可以非常接近地模拟伺服电机的性能。伺服电机通常可以以非常可控的、几乎类似于 CNC 的方式进行特殊缠绕，以使其性能曲线与应用的速度和扭矩要求相匹配。

直接驱动技术与步进电机

两个等效堆叠长度 NEMA 框架电机的比较 — 步进电机 (HV233) 和伺服电机 (SM233)。顾名思义，直接驱动技术可在电机和有效载荷之间建立直接耦合，而无需使用任何机械减速或传动系统。它的主要缺点是缺乏机械优势。应用所需的任何力或扭矩都必须由电机直接产生，这可能需要使用更大的电机和更大的总电流。但是，在仪器设计方面，直接驱动技术比步进器具有以下几个优势：集成旋转套件电机：在许多情况下，旋转套件电机可以减小给定应用的尺寸。在旋转应用中，套件电机消除了齿轮或皮带。在线性应用中，它们也可以直接集成到螺钉上以消除耦合，这会增加执行器的总长度和柔顺性。旋转套件电机通常包括：定子或线圈——这是电机的绕制铜质部分，它使用电流产生磁场来驱动电机。转子 - 定子将磁场施加到一组固定的磁铁上，通常称为转子。霍尔效应传感器 - 小霍尔效应传感器相对于彼此以不同的偏移量放置，以在驱动电子设备内建立换向角，以指示在给定的旋转位置应接收功率的相位。集成直线电机：本质上，直线伺服电机就像一个平铺的旋转电机。电机直接与负载耦合，因此没有机械优势，应用所需的所有力都必须由电机直接产

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