內容提要：無框電機在機器人領域的價值　　為什么選擇在機器人應用中使用無框電機，其原因類似于在其他應用中標準伺服電機無法勝任的制約因素。最常見的因素是緊湊的尺寸或環境方面的特殊需求，同時要求實現高功率和高轉矩密度?！　∈褂脽o框電機設計還有其他優勢，比如提高效率，提高系統帶寬，以及減少占地面積。當應用中需要尺寸小巧重量輕的伺服電機，并能夠輸出強大的功率和轉矩時，無框電機便是理想的選擇?！　≡诒景灼?，我們將努力消除無框電機選型的障礙，并幫助機器人工程師制定自己的規格要求，以便他們在與無框電機廠商開始交流時，更高效地對話。　　例如，通過對尺寸、傳動、發熱和機械需求的全面了解，我們的團隊可以快速地為您介紹現有的選項，無論是我們已經生產的電機，還是需要稍加調整的電機，或者可能是一個全新的設計?！　×私膺@些技術選項的經濟因素也很關鍵，以便我們的工程師們幫助您找到節省成本的具體領域，并最大限度減少對您設計的影響?！?strong>　工程師：為何要閱讀本文？　　隨著更多的組織和企業實施精益制造，以及在日常運營中進行機器人關節設計，無框電機成為整個行業創新解決方案的核心。　　在應用中集成無框電機有很多優點，從更清潔的組件和更簡化的維護到更高的效率和更少的停機時間。此外，無框電機比人們想象的更容易安裝。 無論您是否擁有MathCAD或類似的工具來計算扭矩和速度需求，或者您在該領域需要一些支持，擁有豐富應用經驗和淵博知識的工程師都可以幫助您優化除機械因素之外的因素，這對于獲得進展是非常寶貴的。　　如今，樣機的快速研發通常是最重要的問題，因此與完全定制的設計相比，采用標準產品方案可以讓您的時間軸縮短數周。理解時間與優化之間，以及速度和轉矩與發熱因素之間的權衡，可以幫助您在最快的時間獲得最佳解決方案，并隨著您的應用向前推進?！?strong>　無框電機的優點　　選擇將直驅無框電機加入到您的設計中的原因有很多。直驅無框電機可以提供簡潔的機械裝配，并且比人們想象的更容易裝配。由于沒有需要張緊和調整的皮帶，更不必說傳動潤滑要求和整體磨損，因此直驅無框電機的部件更少、維護更少。這一切也意味著更少的停機時間?！　〔粌H如此，除了清潔性和維護方面的優點之外，直驅無框電機提供的性能改善也不容忽視。直驅無框電機無需慣量匹配即可確保穩定的性能?！　〈送猓瑹o框電機的運行噪聲要比伺服電機的低，在6,000 rpm或更高轉速運行時，噪聲可以低至20分貝。因此，如果您擔心采用無框電機是否值得，那么答案將毫無疑問是肯定的?！?strong>　構建電機規格　　從設計階段開始電機選型。當您考慮機器人應用將要執行的工作時，您需要考慮實現應用所需的轉速，轉矩和電壓。比如了解負載慣量，摩擦力，和加速度等因素，將有助于您確定轉速和轉矩。然而，對于如何考慮電機的尺寸和規格以處理這些因素并保持穩定高效的輸出功率，您可以有一些選擇?！　≡谝巹澓驮O計您的項目時，不能低估外形因素的重要性。D2L 規則就是平衡考慮外形因素和影響整體性能的例子。　　D2L規則簡單地說就是當您將電機電樞的軸向長度加倍時，轉矩和功率也將增加。而且其增加量與電樞軸向長度的增加量成正比?；旧?，如果您把長度翻倍，連續轉矩也將翻倍?！　∪欢绻皇菍㈤L度翻倍，而是將轉子力矩臂的直徑翻倍，轉矩將會成平方增加。您可以通過采用加倍的直徑來使連續轉矩容量提高四倍。
　　科爾摩根的性能曲線生成器可以幫助設計者優化整體系統。
　　諸如D2L 規則等設計原則，正是要從設計早期階段開始電機選型的原因，可以幫助您盡早優化電機的外形規格，實現更好的機器人設計?！　《嗄陙恚覀儎摻霜毺氐墓ぞ邅韼椭蛻舾鶕湫枨罂焖賰灮姍C。例如，科爾摩根開發的 性能曲線生成器 可用來優化整體系統，并試驗不同的母線電壓如何改變系統性能，或者理解不同的驅動器電流額定值如何影響電機性能?！　⌒阅芮€生成器甚至可以讓設計工程師評估環境和最大電機繞組溫度選項。使用Liquid Cooling（液體冷卻）持續增強轉矩也是建模可用選項的一部分。　　MOTIonEERING 的工作過程首先是收集數據輸入，然后將結果與電機系統的產品目錄進行比較。如果您在填寫應用配置文件問題時不確定您需要的轉矩和轉速是多少，這個工具可以幫助您找到答案，然后您即可使用相關的3D模型來完成模型驗證　　許多客戶有自己的工具和流程以確定轉矩和轉速要求。即便如此，您可直接將數字輸入到這些工具中，以幫助選擇滿足您應用需求的合適電機。　　無論這是您首次考慮電機和驅動器要求，還是您多年來一直從事這方面的工作，一份注意事項列表都會是一個有用的工具。在本文結尾，您將會找到一份應用配置問題列表，您或您的團隊可以使用該列表來準備與支持工程師進行對話　　您將會找到與機械外形、電機類型、工作與環境條件下的最低和最高溫度、最大轉速和轉矩、運行轉速和轉矩，以及占空比相關的重要問題。
　　后續工作都有什么？　　一旦您了解電機的性能需求，工程師和產品專家團隊即可開始工作。工程師有三種方式可以與您合作來確定針對每種應用的完美無框電機。　　例如，在科爾摩根，工程師會首先將您的要求與可能正好滿足您需求的標準電機產品目錄進行匹配。如果標準選項并不完全適合，下一步是參看簡單的修改，比如更換繞組和進行其他機械定制?！　〈送猓绻膽靡竽承┎牧夏軌虺惺軔毫拥沫h境條件，則可以將材料更改合并到現有設計中。無論采用哪種方式，您都可以從多種定制服務進行選擇，包括更小或更大的直徑、更改繞組、更改疊片長度等?！　∪绻男枨笈c標準選項不匹配，或者所需的修改超出了簡單修改，最后的選項就是從頭開始。即便如此，許多現有電機元件也可納入，而定制部件的設計旨在滿足獨特的外形規格或不尋常的環境條件?！　∪绻阎庑我幐瘛⑥D矩和轉速要求，另外一個選項就是使用科爾摩根的其他在線工具：直驅旋轉電機選擇器。雖然許多客戶依賴產品目錄，但是這個在線工具的使用效果很好?！　∧梢詮霓D矩、轉速和母線電壓信息開始入手，將它們作為產品選擇的最初輸入，這將為您提供極具優勢的起點。這實際上是返回性能曲線生成器的一個好時機，因為您可以用它來進一步優化您的產品選擇。　　一旦您通過選型工具生成一系列符合的產品，這也是與經驗豐富的應用工程師互動的絕佳時機，他們可以指導您完成與使用性能曲線生成器相同的優化步驟?！　∧€將受益于我們的專業應用經驗，高效地得到電機原型樣機，以幫助您快速推進樣機設計，該原型機可以提供應用所需的轉矩和速度，即便該電機沒有針對您的確切需求得到完全優化。　　這些優化解決方案會需要一定時間才能完成，而標準設計可以在原型機上工作，以證明您的設計概念，同時保持性能需求的完整性。由于時間對于原型機在許多項目中的成功發揮著關鍵作用，因此通過隨時可用的部件來節省時間會至關重要。　　為了更深入地了解這一過程如何運作，讓我們來看看科爾摩根產品如何對機器人應用發揮作用，特別是無框電機在協作機器人關節上的應用?！　￡P節設計需要考慮很多因素。針對本報告，讓我們更詳細地研究以下因素：有效載荷容量、轉速、發熱管理，以及減速機方面的注意事項?！　C器人關節應用的有效載荷容量可通過系統性能設計來確定。通常，這種設計所反映的轉矩負荷是在CAD中建模的，方便設計師更靈活地確定“假設”系統特性需如何反映電機要求。　　如果需要多協作機械臂，會有一個由行業認可標準所設定的較小的有效載荷作為標準。根據“機械臂”的長度和所需的運動動態，可以從此類CAD模型確定RMS和峰值電機轉矩?！　∮行лd荷的速度，或者它每秒鐘必須行進的距離，將由安全因素、控制器以及機械系統設計所決定。這些設計參數也將在基于CAD的模型中確定。　　通常，機器人系統設計師有作為其“秘密配置”核心的獨特安全或控制設計要素，或許他們的優勢不在設計的機電部分。這正是科爾摩根的專業知識可以幫助您減少設計時間和迭代次數的地方。　　設計對于發熱管理的考慮需求來自多個不同的注意事項。由于機器人在工作單元中與人類的距離很近，因此有必要讓機器人保持與人互動所需的“安全觸碰”的表面溫度?？梢詫峤^緣或隔層添加到機器人的設計中，但是重量和體積可能會限制其他性能或外觀因素。　　此外，其他系統器件附近的熱量也可能存在限制，比如減速機、反饋裝置和軸承。如果機器人設計師試圖從電機供應商的標準產品目錄中獲得其電機繞組的最大額定溫度值，他們會發現列表中寫著155°C ，因為這反映了采用傳統無框和有框伺服電機的行業的標準絕緣系統溫度?！　≡S多編碼器反饋設備希望將光電組件的最大溫度保持在100°C - 120°C，而大多數減速機解決方案可能有65°C的溫度限制。針對這種熱限制的可能解決方案包括：　　●增加散熱片，但需要權衡重量的增加會減少有效負載容量?！　　裨黾虞S承、編碼器或減速機裝置的軸向距離，這也需要增加權衡重量并減少載荷容量?！　　窠档蜔o框電機設計的最大繞組溫度限制，這也會降低電機的可用轉矩。　　如果使用的減速機的最高溫度額定值為65°C，且附近電機最高繞組溫度僅能夠高15°C，這將要求80°C的最高繞組溫度。這些信息隨后將被用于電機選型過程，以便使用性能曲線生成器工具來評估實際電機能力?！　C器人設計工程師可以使用性能曲線生成器來觀察實際連續和峰值轉矩與速度能力。系統CAD設計的電機性能所需數據現在可以輕松地與選定的電機進行比較。
　　科爾摩根的KBM系列無框電機以小尺寸提供高性能　　由于協作機器人關節的轉速要求相對較低，只要系統背隙可以保持為零，減速裝置就非常實用。應變波減速機上所觀察到的零背隙和中等剛性使得它們非常適合這些應用。　　"確保將不同的減速機扭矩傳遞效率（通常介于60% - 70%）納入設計考量?！　〈送?，請注意所使用的任何減速機類型所需的潤滑材料的溫度限制，因為齒輪與電機的相對距離較近，足以限制系統性能，將其保持在制造商建議的工作溫度范圍內。"　　高傳動比（通常約為100：1）的優勢不僅體現在可以提高輸出端的可用轉矩，還體現在可顯著降低電機的折算負載慣量。帶動最大負重而完全伸展的機械臂的負載慣量會非?？捎^。　　傳動比的平方將會降低傳遞到電機端的負載慣量值。如果傳動比為100:1，電機的折算慣量是負載慣量的1/10,000。機械效率、發熱因素以及系統預期壽命都反映了在機器人關節應用中所選擇的減速機類型和減速比?！　∮捎谟斜姸嘁蛩貢绊憴C器人電機的運行和使用壽命，因此制造協作機器人的制造商需要靈活耐用的解決方案。TBM系列是科爾摩根提供的一款創新直驅無框電機技術。
　　TBM (Torquer 無刷電機) 系列專門用于大功率密度，傳動應用要求高的領域，比如機器人關節，醫療機器人，以及傳感器萬向節。　　無框電機可以為機械和設備工程團隊提供廣泛的解決方案，用以實現擁有最佳靈活性、功率密度、動態性能和耐久性的應用。　　除了所提供的技術優勢外，科爾摩根的KBM 和TBM 平臺還包括17種機框尺寸和許多預先設計的標準選項。對于機器人公司來說，從初創公司到正在成長和擴展到新市場的公司，科爾摩根可以為其提供從標準產品到聯合研發定制的多方位服務。　　應用和驗證解決方案　　毋庸置疑的是，當今市場的需求不會給錯誤留下很大的余地。無論您是否面臨時間限制、追求更好的性能，或者已經在當前設備的制造過程中考慮了下一代設備，各種創新運動解決方案都可能成為新的挑戰?！　∨鋫湟愿咝Ш透哔|量的選型工具，工程師可以幫助您加速從設計到原型到批量生產，同時確保比如反饋、發熱、軸承和減速機等影響因素均被考慮在內?！　≡谑褂昧怂泄ぞ卟⑶彝瓿?D模型并加以測試之后，剩下的就是安裝和驗證電機系統的實際工作。好消息是，當您將高性能無框電機集成到您的機器設計中時，您無需擔憂。安裝相對簡單，因為與無框電機配合安裝的軸的加工公差將會保證電機輸出穩健性能?！?strong>　結論　　正確規劃、選擇和安裝的無框電機可以為創新解決方案打開大門。雖然在您為應用選擇和優化無框電機時要比選擇標準伺服電機需要更多的工作量，但是結果非常值得?！　囊婚_始就與專業的工程師團隊合作，是防止出現問題和確保應用的任何方面都未被忽視的最佳方式。無論您正在嘗試超越極限、嘗試一些以往從未做過的事情，還是您只是想確保您的應用高效率運行，科爾摩根為您提供的工具和團隊將讓這一切成為可能。