直驱式机构

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直驱式机构(Direct drive mechanism)是指一设备的动力来源直接由电动机提供,中间没有经过像变速箱英语gearbox或是皮带之类的减速机构。对应的马达会称为直驱马达(direct drive motor),也会简称DD马达,转速较低的DD马达因为其转矩会比相同功率的马达要高,因此也会称为转矩马达或是力矩马达

优点[编辑]

  • 提升效率:功率不会消耗在减速机构中,皮带、链条或变速箱中元件的摩擦上。
  • 降低噪音:因为设备较简单,零件较少,直驱式机构也比较不会产生振动,产生的噪音也比较小。
  • 延长寿命:可动件较少也表示容易损坏的零件变少了。一般系统的损坏多半来自零件的老化(例如皮带的拉伸)或是应力。
  • 低转速下的高转矩。
  • 反应快且精准的定位:减少传动机构也可以避免传动机构对定位的影响,若是马达改用低惯量的永久磁铁马达,低惯量也会让定位反应加快。
  • 驱动的刚性:没有变速箱或滑珠螺杆等机构,也避免了机械上的背隙、磁滞及弹性等相关问题。

缺点[编辑]

直驱式机构的主要缺点就是需要特制的电动机。一般电动机会设计在较高转速(例如1500或是3000rpm时才会有最大转矩。这様的特性适用于许多应用场合(例如风扇),但其他的机构需要在非常低的转速下有较大的转矩,例如留声机转盘,需要固定在33 1/3 rpm或45 rpm(而且要很精确)。

较慢的马达其体积也会比(应用在较高转速下的)标准马达要大。例如皮带驱动的留声机转盘,其马达直径为2.5 cm,若是直驱式留声机转盘,直径为10 cm。因为非直驱式的机构可以用减速机构使实际负载的转速下降,而提高负载上的转矩,相对而言,直驱式机构的马达就要产生够大的转矩。

直驱式机构需要比较精准的控制机械。有减速机的马达其惯量较大,会让输出的运动变的较平缓。大部分马达会有位置的转矩涟波,称为磁卡力矩。在高速马达上,磁卡力矩的频率较高,不致影响系统特性。而直驱式机构下,马达的转矩涟波比较容易影响系统,需要加惯量(例如飞轮)或是系统加入回授才能改善。

应用[编辑]

直驱式机构应用在许多的产品中:

高速[编辑]

  • 风扇:不需精准,转速依风扇而定,约在1000至12000 rpm之间。
  • 硬盘:需非常精准,转速有5400、7200、10000、15000 rpm等。
  • 录影机:需非常精准,转速1800 rpm(NTSC)或1500 rpm(PAL)。
  • 缝纫机:依机种,转速可能是3000 rpm到5000 rpm。
  • 数控机床:数控机床的转盘需要快而且精准。
  • 洗衣机:最高到1600 rpm。

中速及可变速[编辑]

  • 软盘
  • 光盘驱动器:CD会直接耦合在转子上,播放音乐的转速是250至500rpm,若是配合电脑使用,转速会更高。

非常低的转速[编辑]

  • 唱片留声机:速度需非常精准,速度会是78, 33 1/3或45 rpm。
  • 望远镜架台:速度需非常精准,24小时会转一圈。

其他应用[编辑]

相关条目[编辑]

参考资料[编辑]

  1. ^ Patel, Prachi. GE Grabs Gearless Wind Turbines. Technology Review (MIT). [7 April 2011]. 
  2. ^ Dvorak, Paul. Direct drive turbine needs no gearbox. Windpower Engineering. [7 April 2011].