一文讀懂電機直驅的優缺點

傳統的驅動技術，電機輸出的扭矩比較有限。在驅動較大的負載時，通常都會通過各種傳動機構，比如：減速齒輪箱、絲桿、皮帶輪等，提升最終連接到機械設備的驅動力矩。然而，齒輪箱、同步帶、滑輪或絲杠等這些機械傳動的同時，也會引起齒隙、機械損失和附加的噪音，降低傳動效率，增加機器尺寸和重量。最近幾年來，在電氣傳動的應用上，我們可以看到一些直驅傳動的身影，直接驅動系統省去了很多組件與傳動部件，簡化了整體機械設計，使整個系統非常緊湊。同時直接驅動系統擁有高精度、高可靠性的特點，而且很重要的一點是不需要維護。沒有皮帶或齒輪箱等機械動力傳動部件，只需要電機和螺栓即可安裝。這樣一來，不僅讓機械制造商的設備制造更加容易，也使得終端用戶的應用集成更加簡單。什么是直接驅動直接驅動就是在驅動系統控制下，將直驅電機（力矩或直線）直接連接到負載上，實現對負載的直接驅動。

采用此種結構，所有機械傳動部件（減速齒輪箱、滾珠絲杠、齒條與齒輪、皮帶與皮帶輪等）均不再需要，消除了由機械傳動帶來的反向間隙、遲滯、彈性及與之相關的其它問題。直驅電機的分類直驅電機主要分為直線電機、力矩電機和音圈電機三類，前兩者目前比較常見。直驅力矩電機直驅力矩電機由同步伺服電機演化而來，通常具有較多的磁極對數和較高的功率密度，因此在低轉速下具備超大的輸出力矩。直驅力矩電機大體上可以分為有框直驅電機、無框直驅電機和模塊化直驅電機（有框無軸承）。這其中又以有框直驅電機最為常見，它主要由框架、繞組、磁鐵、軸承和伺服反饋等元件組成。無框直驅電機顧名思義沒有框架，分離的轉子和定子分別直接固定到機械負載上，依靠機械設備的軸承相對運動，不需要任何額外的機械傳動部件。

模塊化直驅電機則結合了以上兩者的特點，采用了無軸承的設計，電機的轉子直接安裝在機械的旋轉軸上，具有與普通電機相似的安裝便利性。直驅直線電機直驅直線電機的原理相當于從中心剝開后平鋪擺放的同步伺服電機，其一半為周期性重復的永磁體，另一半為繞組線圈。直驅直線電機主要有兩種機械結構：有鐵芯直線電機和無鐵芯（無槽）直線電機。有鐵芯的直線電機單位體積推力輸出較大，適用于高加減速和移動較重的負載，但也因此可能受到齒槽效應的影響；而無鐵芯直線電機則適用于較輕的負載，線圈組件和磁路之間沒有任何的引力，可以實現超平滑的運動。直接驅動的特點1.壽命更長 – 維護更少傳統的系統中絲桿、齒輪、皮帶等機械傳動部件會產生磨損。因此，這些機械部件均需要定期維護和檢修，如：絲桿和齒輪需要定期進行潤滑或更換，皮帶需要定期張緊等。由于直接驅動系統中沒有這些傳動部件，因此幾乎沒有磨損。由于不再需要更換皮帶、齒輪和潤滑油等，直接驅動系統的維護時間和成本都會顯著減少。2.能效更高由于減少了中間的傳動部件和不必要的磨損，能源利用的效率得以大幅的提升。

直接驅動系統最大程度上消除了能量傳輸過程中的損耗，因此非常利于節能。經驗表明，相比于普通伺服電機，直驅電機大約能提高 40% 的能效，節約 60% 的能源消耗。3.實時性更強傳統的機械傳動部件限制了機器的啟停速度和調整時間，而直驅傳動的實時性會非常高。蘇州維本Wintone ZG6高耐磨、高扭力、低吸濕齒輪專用工程塑料，在手持鋰電高壓清洗水槍泵體的應用上（包括帶行星減速電機內齒圈的一體式泵體和行星減速電機內齒圈為獨立部件的組合式泵體），與傳統的玻纖增強尼龍材料相比，Wintone ZG6材料可以幫助您解決以下問題：1.玻纖增強尼龍材料耐磨不夠，手持鋰電水槍用段時間后，內齒圈磨損嚴重而失效----Wintone ZG6材料具有更優的耐磨性，可以幫助您大幅提升鋰電水槍的使用壽命。2.玻纖增強尼龍材料吸水率比較高，內齒圈的扭力和尺寸受水份影響比較大-----Wintone ZG6材料的吸水率只有玻纖增強尼龍材料的六分之一，扭力和尺寸受水份影響很小，比較容易控制和管理內齒圈的精度和穩定性。3.玻纖增強尼龍材料易水解，隨著使用時間的增加，注塑部件的機械性能會衰減------Wintone ZG6材料具有優異的耐腐蝕性，ZG6具有優異的耐水解（包括冷水和熱水）、耐酸堿、耐鹽水等耐化學性。

在手持鋰電高壓清洗水槍行星減速齒輪箱的應用上，與傳統的粉末冶金齒輪相比，蘇州維本工程塑料Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用工程塑料，具有以下優勢：

1.更優的耐磨耐疲勞性----與高強度工程塑料內齒圈或者金屬內齒圈對磨，Wintone Z33具有更好的耐磨耐疲勞壽命。

2.更靜音----與高強度工程塑料內齒圈或者金屬內齒圈對磨，Wintone Z33具有更好的靜音性能。

3.更有競爭力的系統成本----Wintone Z33更有效率的注塑加工成型性，可以幫您降低粉末冶金齒輪的制造成本和提升生產效率。

Wintone Z33材料作為一款強韌耐磨型工程塑料，在齒輪應用上最顯著的特點是：耐磨、靜音、耐腐蝕、強韌且不受水份影響。

直驅電機的優點1. 直接驅動。電機與被驅動工件之間，直接采用剛性連接，無需絲桿、齒輪、減速機等中間環節，最大程度上避免了傳動絲桿傳動系統存在的反向間隙、慣性、摩擦力以及剛性不足的問題。2. 高速度。直線電機的正常高峰速度可達5-10m/s；傳統滾珠絲桿，速度一般限制于1m/s，產生的磨損量也較高。3. 高加速度。由于動子和定子之間無接觸摩擦，直線電機能達到較高的加速度；較大的直線電機有能力做到加速度3-5g，更小的直線電機可以做到30-50g以上（焊線機）；通常DDR多應用于高加速度，DDL應用于高速度和高加速度。4. 高精度。由于采用直接驅動技術，大大減小了中間機械傳動系統帶來的誤差。采用高精度的光柵檢測進行位置定位，提高系統精度，可使得重復定位精度達到1um以內，滿足超精密場合的應用。5. 運動速度范圍寬。

直線電機運行的速度最低可實現1um/s，最高可實現10m/s，滿足各種場合需求。6. 噪音小，結構簡單，維護成本低，可運行于無塵環境等等。直驅電機的缺點：直驅電機的主要缺點在于成本高。在簡單的比較中，直驅電機比傳統電機貴。但是，考慮到省去了中間齒輪和聯軸器，以及相關的維護和整體機械簡化，直驅電機在部分應用上具有成本效益。不過，隨著直驅電機越來越普遍，并且更強大的釹鐵硼（Nd-Fe-B）磁鐵的發展，直驅電機的成本會有所下降。從直驅電機在洗衣機上的應用，來看下直接驅動的特性洗衣機按照運行方式可以分為滾筒和波輪，小維覺得如果要真正全面地了解洗衣機，不僅僅是滾搞清楚筒和波輪的區別就可以了，還有些很關鍵的部件可能我們不太清楚，今天就和大家一起來了解一下洗衣機的心臟——電機。電機的性能直接決定了洗衣機的性能、功耗、噪音、平順性等，但相較于滾筒波輪這種很形象、能直接看出來不同的東西，電機隱藏在內部，普通消費者只能通過廠商們的宣傳來大致判斷電機的差異。

當我們點開洗衣機的商品詳情頁，一般會看到稍微好一點的產品都喜歡宣傳“BLDC電機”和“DD直驅電機”兩個概念，很多消費者買之前就會糾結了，到底哪種電機好？這里存在一個很大的誤區，其實“BLDC電機”和“DD直驅電機”并不是同一個概念。BLDC全名Brushless Direct Current Motor，翻譯成中文就是直流無刷電機，確確實實是一種電機類型。DD直驅全名Direct Driver，翻譯成中文是直接驅動，并不是特指某一種電機，而是一種驅動形式。這就好比問你“電動車”和“四驅車”哪個好？不是同一類型的東西，沒有可比性。早期的洗衣機大多采用串勵電機，這種電機電樞繞組（轉子）和勵磁繞組（定子）是串聯的，而轉子必須旋轉，肯定無法用銅線直接連接，所以就出現了電刷，通過接觸來導電，不影響旋轉。但有了電刷缺點就比較明顯了，磨損大、效率低。

直流無刷電機是這幾年家電領域應用比較多的電機類型，大到冰箱空調洗衣機，小到吸塵器掃地機吹風機，都有它的身影。無刷直流電機有著很多優點，由于沒有電刷和換向器，它的效率高、壽命長，體積緊湊，調速范圍很廣，運行時噪音也相對較小。相比于交流異步電機，無刷直流電機轉矩特性優異，啟動電流小，能在所有轉速下達到很高的功率。

目前來說它的缺點就是成本稍高，所以使用了無刷直流電機的電器價格一般比較高，因此我們選購洗衣機時，能經常看到商家宣傳其采用了“更高級”的BLDC電機，價格也更貴一些。現在我們知道直驅電機是驅動形式，而不是電機種類，傳統洗衣機的驅動形式大多為皮帶傳輸，電機帶動皮帶旋轉，最后皮帶再拖動內桶工作，這種原理和自行車鏈條帶動車輪是一樣的。而直驅最大的變化是取消皮帶，讓電機的轉動軸直接和洗衣機內桶連接，就好比獨輪車，踏板直接連接著車輪，踏板轉一圈，獨輪車車輪也轉一圈。這樣做的好處是省去了一個傳動環節，提高了傳動效率。直驅所使用的電機，可以選擇直流無刷電機、永磁同步電機、串勵電機等任何一種電機。目前由于直流無刷電機性能優異，因此其實洗衣機產品說明上所宣傳的直驅電機的洗衣機，本質上使用的是直流無刷電機，只是驅動形式從帶動皮帶變成了直接驅動。

直驅理論上可以提高效率，降低噪音，但是實際上直驅仍然存在一些問題，比如直接連接的方式對電機性能參數要求很高，因為轉速必須控制在較低轉速，因為直接和內桶相連，不能轉太快，那這樣對電機最佳運行區間有著更高的要求。而通過傳統皮帶連接的方式對電機的要求沒有那么高，因為可以通過主動輪和從動輪的直徑來調整不同的轉速配比，相當于給電機加了個變速箱，出廠前可以根據電機的實際情況調整轉速比。還有就是現在的洗衣機內桶直徑都很大，直驅的方式會存在動平衡難以調節的問題，所以我們能看到很多國外高端品牌都還沒采用直驅的方法。

蘇州維本Wintone T31高溫耐磨齒輪專用工程塑料，在電動晾衣架交流電機蝸輪蝸桿減速齒輪箱的第一級塑膠斜齒輪上的應用，可以讓您的電動晾衣架的“剎車剎不住”這個問題迎刃而解。

在各類減速電機傳動齒輪的應用上，蘇州維本Wintone T31高溫耐磨齒輪專用工程塑料，可以幫您解決常規的齒輪材料可能遇到的一些問題：

1.玻纖增強PA66工程塑料，在溫度100℃到200℃的區間內，力學性能下降比較快，在齒輪嚙合傳動受力時變形比較大而容易失效的問題。

2.常規的POM齒輪材料耐熱不夠的問題；

3.PPS高溫塑料比較脆，易斷齒，齒輪傳動噪音比較大的問題。

4.PA46高溫塑料的吸水率比較大，PA46齒輪的扭力和尺寸受水份影響比較大的問題。

5.PEEK高溫塑料對一些齒輪應用的成本壓力比較高的問題。

電動晾衣架直流電機蝸輪蝸桿減速齒輪箱的塑料斜齒輪的選材，和交流電機的塑料斜齒輪的選材差異很大，直流電機電動晾衣架的塑膠斜齒輪是用到Wintone Z33耐磨靜音齒輪專用料，就一級傳動，耐疲勞壽命長、噪音低、可靠性好，但成本也會高一些。

電動晾衣架交流電機減速齒輪箱用二級傳動，其實是降本設計，第一級的雙聯斜齒輪（模數相對也小）的選材很關鍵，而第二級大模數的齒輪可以用很普通的加纖尼龍6（可以用具有成本優勢的加纖尼龍6是降本點之一，但更重要的降本點對交流電機電動晾衣架蝸輪蝸桿減速齒輪箱來說，是簡化的制動設計甚至是取消制動鎖緊裝置），所以第一級斜齒輪選材至關重要，如果不當，就容易出現剎車剎不住的問題。

工業齒輪的應用上，與傳統的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、耐疲勞性、抗形變能力，Z33在保持了良好剛性的同時，進一步提升了彈性和韌性（這種優異的機械性能在攝氏-40度、0度和80度都有保持和體現），可以幫助解決齒輪斷齒問題，同時大幅度降低摩擦噪音，經應用后比較，Wintone Z33也優于不少耐磨改性規格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮類或二硫化鉬改性），同時Z33具有很好的耐腐蝕性，可以用于很多場景下接觸各類化學物質的嚴苛環境，比如印染紡織機械上的齒輪，液壓系統的擋圈和密封圈，等等，成功替代價格昂貴的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46的部分應用領域。另外Z33的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。

在汽車接插件的應用上，與傳統的尼龍66和PBT相比，Wintone創新型工程塑料在保持了優良的剛性，耐熱性和電性能的基礎上，大幅度提高了材料的韌性，為提高接插件的抗脆斷性（特別是低溫下的抗脆斷性），提供了一個全新的解決方案，同時Wintone材料的吸水率很小（只有PA66的六分之一），水份對Wintone材料制造的接插件影響很少。另外Wintone Z63優異的流動性和韌性，可以讓薄壁接插件更強韌，無需水處理。在注塑加工時，整包裝（25公斤）的Wintone材料無需提前干燥，可以直接注塑。同時Z63優良的流動性，允許復雜的結構件可以在較低的注塑壓力和速度下成型，可以幫助降低接插件翹曲變形的風險。

在高壓泵單向閥罩的應用上，與傳統的尼龍、POM材料相比，Wintone Z63在保持了優異剛性的同時，大幅度提高了材料的韌性、耐疲勞、耐磨和耐水解性（包括耐冷水和耐熱水），可以幫助解決常規尼龍單向閥罩不耐水解而磨耗脆斷，POM材料韌性不夠，反復壓力沖擊后而脆斷的問題。同時Z63極其優異的耐化學性，可以幫助解決常規材料（尼龍和POM）單向閥罩腐蝕斷裂問題，大幅度提升耐久性，特別是應用環境較嚴苛的藥泵、海水淡化泵、熱水泵等等，另外Z63的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z63注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。

在汽車ABS輪速傳感器的應用上，Wintone ZG6工程塑料可以幫助解決傳統的玻纖增強PA66材料耐鹽水和耐腐蝕性不夠的問題，ZG6屬于電中性工程塑料，不含鹵素不會腐蝕芯片，同時ZG6具有均衡良好的機械性能，比PA612和PA12更優的耐油性，成功替代不少玻纖增強PA612和PA12的部分應用領域，另外，Wintone ZG6工程塑料的吸水率只有尼龍66的六分之一，水份對ZG6做的功能注塑件的尺寸和性能影響很少，整包裝的Wintone ZG6材料，可以不烘料直接注塑，注塑完無需水處理。

在液壓系統擋圈和導向環的應用上，Wintone Z33可幫助解決傳統材料應用時的一些問題（如POM導向環會磨鐵，在溫度上升到60度以上時力學性能下降較快的問題；如PA66擋圈會溶脹和易水解，尺寸和性能受媒介影響較大，耐磨不夠的問題；常規的青銅粉改性PTFE擋圈力學性能不夠和抗壓的局限性，以及多步工序及系統成本過高的問題；酚醛夾布導向環的易脆斷性和不夠環保），Wintone Z33以其優異的綜合性能：更優異的耐磨性、更好的抗形變和耐蠕變性、遠優于POM和PA66的耐腐蝕性、更優的回彈性和抗擠出能力、極具價值的性價比，讓您在選材時就獲取競爭優勢，經長期應用后驗證，Wintone工程塑料已成功替代部分價格昂貴的PEEK，PA12，PA46，PVDF，PTFE的應用領域。另外Z33的吸濕很少，綜合性能受水份的影響很小，整包裝Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完無需水處理。