Direktdrivna motorer fungerar på ungefär samma sätt som de flesta borstlösa DC-motorer. Magneter är fästa på motorns rotor och lindningar är anordnade på motorns stator. När lindningarna aktiveras producerar de elektromagnetiska fält som antingen attraherar eller stöter bort rotorns magneter. Lämplig omkoppling eller kommutering av effekt till lindningarna ger en kontrollerad rörelse. Det finns linjära och roterande direktdrivna motorer men roterande versioner är de överlägset mest använda.
Direct drive motors with diameters of >1m are possible, able to produce a torque of >10,000Nm. Många direktdrivna motorer är "ramlösa", vilket innebär att de levereras utan hus, lager eller återkopplingssensor. Detta gör det möjligt för maskinbyggare och systemintegratörer att effektivisera sin design av hus, axel och lager för att optimera övergripande storlek, form, vikt och dynamisk prestanda.
De två huvudsakliga anledningarna till att en konstruktör väljer en direktdrift är dynamisk prestanda och formfaktor. Istället för att hantera en koppling, växellåda, remmar eller kedjor, fäster en direktdriven motor direkt på lasten så att det inte finns någon hysteres, glapp eller "borttappad rörelse" i någon rörelseriktning. Designfördelen som kommer från motorer som är ganska platta med ett stort hål i mitten – som tillåter släpringar, rör och kablar att passera igenom – ska inte underskattas.
Fördelarna med direktdriftsmetoden inkluderar:
Utmärkt dynamisk prestandaoch noggrann kontroll av position och/eller hastighet
Inget bakslag eller slitage
Hög tillförlitlighetpå grund av lågt antal delar och eliminering av växlar, remskivor, tätningar, lager, etc.
Kompakt– med låg axiell höjd och stor borrning möjlig
Lågt vridmoment rippeleller "kuggande"
Energieffektivitetfrån utrotning av förluster i mellanliggande mekaniska element
Lågt akustiskt ljudeller självinducerad vibration
Inget/lågt underhåll
Låga kylbehovpå grund av fördelaktig termisk geometri
Relativt stora luftspalter– enkel installation och motståndskraft mot stötar.
Den största nackdelen är ofta mer uppfattad än faktiska – direktdrivna motorer (DD-motorer) anses ofta vara dyrare än traditionella motorer. Även om detta ofta kan vara sant i en enkel 1:1-jämförelse, visar en mer holistisk syn (med hänsyn till utrotningen av mellanväxlar, kopplingar och underhåll samt en minskning av den totala mekaniska förenklingen) att direktdrivningsarrangemang är, kanske överraskande nog den optimala kostnads- och prestandalösningen i många applikationer.
Klassiska exempel på direktdrivna applikationer finns i kardansystem som antennsystem (t.ex. fordonsmonterad satellitkommunikation), övervaknings- och CCTV-kameror, skannrar, teleskop, elektrooptik, pristabeller och radarsystem. Det finns också applikationer i CNC-verktygsmaskiner, förpackningsutrustning, robotteknik och till och med avancerade skivspelare.
Om hålet i direktdriften är ganska litet (<2") there is a wide choice of position feedback sensors based on optical, magnetic, capacitive, and inductive technologies. For larger bores, the primary options are frameless resolvers, ring encoders, and inductive encoders.
Ramlösa upplösare
En resolver vars axiella höjd är liten jämfört med dess diameter kan hänvisas till som antingen en ramlös resolver, en platta resolver eller en pannkaksresolver. Strängt taget betyder "ramlös" att resolverhuset har eliminerats, men många ingenjörer kommer att använda termen ramlös när de hänvisar till en resolver med låg höjd och stor diameter.
De flesta resolvers är borstlösa snarare än borstade, men är alla baserade på transformatorprinciper. De är med andra ord induktiva vinkelsensorer. Eftersom positionen för en resolvers rotor varierar i förhållande till dess stator, varierar den elektromagnetiska kopplingen mellan rotorn och statorn. Detta kan ses som att resolverns utsignaler varierar sinusformigt i förhållande till exciterings- eller insignalen.
Vissa resolvers kallas för 'enkelhastighet', 'tvåhastigheter', 'fyrahastigheter' etc. Detta hänvisar till antalet gånger som resolverns utsignal unikt varierar över 1 varv. En enhastighets resolvers utgång är unik över 1 varv; en tvåhastighets resolvers utgång är unik över alla 180 grader inom 1 varv; en fyrväxlad resolvers utgång är unik över alla 90 grader inom 1 varv och så vidare.
Upplösare har en utmärkt meritlista i säkerhetsrelaterade applikationer – särskilt inom civila rymdfart. De är extremt robusta och pålitliga men tenderar att vara skrymmande, tunga och svåra att anpassa.
Ringkodare
Ringkodare är också kända som pulsgivare för stora ihåliga hål eller pulsgivare med stor genomgående axel. Precis som med ramlösa upplösare – alla sådana termer hänvisar till en kodare vars axiella höjd är liten jämfört med dess diameter. Ringkodare är vanligtvis optiska eller magnetiska.
Den optiska kodaren använder scanning av ett fint gitter eller "skala" som är upplyst av en LED-ljuskälla. Skalan, roterande eller linjär, är gjord av transparenta och ogenomskinliga "linjer" som är ordnade i en 50-50 arbetscykel. Antalet transparenta områden på skivan motsvarar skaldelningen som definierar kodarens upplösning. Sensorn genererar en spänning i proportion till det infallande ljusets intensitet. När sensorn rör sig i förhållande till skalan varierar spänningen sinusformigt. Optiska kodare levererar höga precisionsnivåer men är relativt ömtåliga och mottagliga för föroreningar.
En magnetisk kodare använder ett flerpoligt magnetspår. Sensorn, Hall-effekt eller magnetoresistiv, mäter förändringen i magnetflöde när de magnetiska polerna rör sig i förhållande till sensorn. Sinus- och cosinussignaler kan genereras som i den optiska kodaren. Magnetiska kodare är robusta, kompakta och kan vara mycket kostnadseffektiva. De är dock känsliga för magnetfält. Det är svårt att producera en magnetisk spårbegränsande upplösning med fin stigning. Repeterbarheten äventyras av hysteres och precisionsförändringar över ett driftstemperaturområde. Det magnetiska spåret är relativt sprött och kan vara känsligt för stötar.
Induktiva kodare
Induktiva kodare (Incoders) använder samma grundläggande fysik som upplösare men erbjuder samma digitala elektriska utgångar som en optisk kodare. Detta innebär att de erbjuder samma robusthet och tillförlitlighet som en resolver men med ett lättanvänt, elektriskt gränssnitt.
Till skillnad från en resolver finns all elektronik som krävs för driften inuti IncOders stator. Detta betyder att det elektriska gränssnittet vanligtvis är en lågspänningslikströmskälla som producerar en digital datautgång som representerar en absolut vinkel eller vinkeländring.
Till skillnad från en ringkodare, görs IncOders mätning inte bara vid en punkt utan snarare över de hela plana ytorna på rotorn och statorn. Detta innebär att IncOders är mycket mindre mottagliga för felaktigheter från icke-koncentrisk rotation, vilket gör installationen relativt enkel.