力矩电机选型要素

今天这篇我们来讲讲力矩电机/DD马达的选型要素

1.峰值力和持续力

DDR电机扭矩必须要符合应用需要，或者说电机的峰值扭矩和持续扭矩要高 于应用所需要的峰值扭矩和RMS(均方根)扭矩，否则，电机将不能达到所需要的最大加速度，或者有时电机会过热。

直线运动，遵照牛顿第二定律：F = ma，F是负载运动需要的力，单位为N; m是运动物体的质量，单位为Kg;a是加速度，单位为m/s2。

同理，对旋转电机，T = Jα，T是负载选择需要的扭矩，单位是Nm;J是负载的转动惯量，单位Kgm2 ;α是角加速度，单位为rad/ s2 (360° =2π rad)。

对于实际应用，可以计算需要的峰值扭矩和RMS扭矩：峰值扭矩取决于加速度/减速度，T = Jα

其中：

电机的选择要基于计算出的峰值扭矩和RMS扭矩。另外需要增加20-30%的安全系数，特别是假设摩擦力和反向作用力为零时。

雅科贝思提供的电机选型软件，输入相应的应用参数之后，可以自动计算出峰值扭矩和RMS扭矩，并推荐可供选择的电机型号。

雅科贝思的DDR电机以高扭矩密度为目标设计，相比较传统旋转电机设计理念，可以提供更高的峰值扭矩和持续扭矩。

2.电机惯量 – 越小越好

根据转矩方程式，T = Jα，如果转动惯量越小，就可以获得更高的角加速度。转动惯量包括两部分：电机本身的转动惯 量和负载的转动惯量。

在很多的案例中，电机本身的转动惯量在总的惯量转动中占有很大比例。这意味着电机扭矩有大部分用于自身转动，只有小部分扭矩用于负载。

这种情况会给设计工程师造成设计障碍。为获取更高的性能，更大加速度和更短的运行周期，就需要更大扭矩，为了取得更大的扭矩，工程师就要选择更大型号的电机。然而，电机越大，电机本身的转动惯量就会越大，会导致需要更高的扭矩。有可能更大型号的电机也不能达到更高性能的目标。

因此，DDR电机本身转动惯量小是一个优点。应该注意，DDR电机若使用外部转子设计，自然会有更大的转动惯 量。 雅科贝思的ADR-A系列电机采用最佳的转动惯量设计，扭矩密度与电机惯量的比率极佳。

3.电机的转动惯量是否一定要匹配负载惯量?

当使用传统的伺服电机和机械传动系统时，有一个惯例，电机惯量和负载惯量的比率要匹配，比率要控制在1:5以内，或者也可以提高到1:10以内。对于DDR电机，不需要电机惯量和负载惯量匹配，或者说DDR的电机使用不受电 机惯量和负载惯量比例的影响，可以是任意比值。

在传统的伺服电机应用中，皮带、滑轮、齿条和齿轮等机械 传动都存在背隙。因此，在小型快速运动中，需要变换运动方向时，可能会出现负载与电机瞬间解耦(脱离)的问题，这 会造成控制方面不够稳定。惯量匹配就是要解决这个问题， 使控制部分能在稳定的范围内运行。

在使用DDR电机时，电机与负载直接连接，中间没有任何传动机构，不存在背隙的问题。因此，DDR电机不需要惯量匹配。

4.齿槽效应或稳定扭矩

DDR电机定子的叠片式铁芯的齿部会造成齿槽效应。如下图所示，说明了齿槽效应是由定子齿部和磁铁之间的吸引力产生的。

可以用手去旋转电机来感受齿槽效应，会在特定的位置感觉到阻碍力，使电机转动起来不是特别的平滑。

DDR电机的轴向和径向跳动由其使用的轴承精度、机械加工件和零部件的安装精度决定。在高精度的应用中需要考虑轴向和径向跳动。齿槽扭矩的缺点在于它会促使运动中产生扭矩波动，从而造成速度波动。运动控制器一定程度上可以弥补这种影响，但是在低速的匀速运动中，齿槽效应的影响是非常不利的。齿槽效应的另一个缺点是影响运动的整定性能，在目标位置会有抖动现象。

雅科贝思的ADR系列电机设计时对槽/极进行了优化，并在定子叠片式铁芯的齿部做了特别设计，实现最低的齿槽扭矩。最大的齿槽扭矩，即峰峰值数据均标示在电机资料手册中。ACD和ACW系列电机采用无铁芯设计，也就是说这两种电机没有任何齿槽扭矩。

5. 最大速度

在快速的运动应用中，电机的速度可能会很高，根据应用情况，需要考虑合适的绕组类型，确保驱动器的总线电压可以充分的克服反电动势电压。

简单的说，总线电压要大于由反电动势产生的电压和峰值电流乘于电机电阻总和：

V > ( Kv * Speed + Ip * R)

其中： V是总线电压，单位为Vdc;

Kv是电机的反电动势常数;

Ip是峰值电流，单位是Apk;

R是电机的终端电阻。

雅科贝思的DDR电机通常提供两种绕组,以迎合不同的速度和电压需求。串联式绕组适用于较低的电流、较高的电压 驱动电路;并联式绕组适用于较高的电流、比较低的电压驱动电路。用户可以根据实际应用中需要的最大速度来选 择绕组类型，并基于电流和供电电压匹配驱动电路。

6轴向和径向跳动

DDR电机的轴向和径向跳动由其使用的轴承精度、机械加工件和零部件的安装精度决定;同时，在高精度的应用中需要考虑轴向和径向跳动。 雅科贝思DDR电机的轴向和径向跳动标示在电机资料手册上。对标准电 机，给予正常的轴向和径向跳动值，也提供更高规格的指标可供用户选择。

7.反馈

雅科贝思DDR电机通常使用光学增量编码器反馈。但是，也有其它反馈类型可以选择，如：旋变编码器、绝对值编码器和感应式编码器。光学编码器相比较旋变编码器可提供更好的精度和更高的分辨率。 雅科贝思DDR电机无论多大型号，标配光学编码器。通过插值，可以获得非常高的分辨率，可以满足各类对 精度要求较为苛刻的应用需求。 例如：ADR135，内置圆光栅，采用数字量编码器在插值倍率400倍时，每转的分辨率为1202000单位;采用SINCOS(模拟量编码器)，4096倍的插值之后，可以得到的分辨率为每转12308480单位。

本文来源于雅科贝思选型手册内(泰道精密机电)