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转速还是转矩——或者两者兼得?

转速还是转矩——或者两者兼得?

ECX SPEED

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_maxon 低电感空心杯绕组

_内转子上有两极磁体

_具有不同磁体强度的标准型号和高性能型号

_采用混合滚珠轴承(陶瓷滚珠)的可灭菌版本,转速更高

_ 可与 GPX 齿轮箱以及 ENX 编码器组合

_可配置的输出轴和电气接口

 

中文 EC Families Diagrams Driven_Page1.png

特性

顾名思义,这个电机产品系列的主要特征就是可以实现极高的转速,从而在转矩密度相对较低的情况下,实现极高的功率密度(每单位体积的功率)。功率虽然看起来很高,但却因为标准齿轮箱及机械设备的输入转速有限而无法得到充分利用。只有当使用输入转速最低 50,000 转 / 分钟的特殊 GPXSPEED 行星齿轮箱时,才能在运行过程中同时达到高转矩和高电机转速。相对动态性能处于中等范围。

在 ECX SPEED 电机中可以集成增量式或单圈绝对式编码器,可灭菌版本也不例外。

应用

ECX SPEED 电机的典型应用领域是高转速手持式工具,例如磨削设备。

电机提供可灭菌版本以及电机 - 齿轮箱 - 编码器组合,因此可用在各种手术器械中。在此方面,采用可插拔接头的解决方法是一种极具吸引力的选择。

特別提示

ECX SPEED 电机绕组采用空心杯设计,因此电感极低。与大多数现代化的控制器一样,使用脉宽调制输出级为这样的电机供电时,会产生电流纹波。各种不同的应用表明,由此产生的电流纹波会导致电机发热,温度甚至可能超过 40 摄氏度。这种损失甚至在怠速运行中也会成为最重要的发热因素。提高脉宽调制频率会有一定的帮助,但消除电流纹波的最好方法就是提高电感。  

 

EC-max

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_maxon 低电感空心杯绕组

_内转子上有两极磁体

_直径范围:16mm、22mm、30mm 和 40mm,各种直径都可提供长款和短款版本

_标准组合配备陶瓷版本齿轮箱和编码器。也可以使用制动器。

 

中文 EC Families Diagrams Driven_Page2.png

特性

EC-max 产品系列包括各种成本优化的电机型号,非常适合各种对无刷电机使用寿命要求很高的标准应用。该系列产品重点关注成本效益,因此电机的转矩和转速特性均属于中等范围,功率密度及动态性能都较低。EC-max 电机能与 maxon 陶瓷齿轮箱完美组合,成为使用寿命极长的减速电机。相对较低的电机转速与标准齿轮箱有限的输入转速相匹配,从而将较低的电机转矩提高到可用的水平。

 

EC-4pole

_maxon 空心杯六边形绕组,采用经过优化的绕组分区排布方式,适用于 4 个磁极

_内转子上有 4 个磁极(2 个极对)

_直径范围:22mm 和 30mm。30mm 直径也提供可灭菌的版本。

_与高精度光电编码器和坚固型 ENX 编码器组合使用,也可以使用制动器。

_可与齿轮箱组合

 

中文 EC Families Diagrams Driven_Page3.png

特性

EC-4pole 采用功率优化型电机设计,可同时提供较高的转矩以及相对较高的转速(25,000 转 / 分钟)。最后得到的是一款动态性能及功率密度都较高的电机产品。该产品采用高性能磁性材料、复杂的绕组排列以及优化的换向装置,因此设计结构较为复杂。

应用

EC-4pole 是一款适合高精度、高动态直接驱动的电机。这款电机的转矩相对较高,因此不需要额外的机械装置和齿轮箱。高分辨率的光电编码器非常适合精确刚性的位置控制以及低转速控制。

特殊版本

我们在 30 mm 电机的基础上,根据航空航天应用的需要研发出了多个更为专业的版本。采用四极设计的特殊型号包括32 mm 重型电机,可用在极其恶劣的环境条件(温度、压力)下,甚至是浸泡在油浴中运行。

 

EC-i, IDX

_电感相对较高的外铁芯绕组

_多极内转子,最多可达 8 个极对

_EC-i 直径范围:30mm、40mm 和 52mm;不同的长度

_EC-i 52 可提供开放式外壳及通风装置

_IDX:方形横截面,工业型外壳中可以集成编码器,配备电气连接,可提供 2 种长度型号(M、L)

_可与编码器、制动器和齿轮箱进行各种组合

 

特征和应用

EC-i 产品系列是具有极高转矩的高性能电机。这些特性是通过多个极对以及相对较大的直径实现的。甚至可以说,这款电机是 ECX TORQUE 型号的兄弟产品。电子转子的直径较小,因此动态特性处于中高等水平。EC-i 电机通常应用在自动化系统和生产设施中,以及相对较大的实验室设备里。

IDX 电机是一款适合工业应用的电机。

请注意,由于铁芯的电感较高,因此较大型号电机的参数明显不同于简单的线性关系。

 

 中文 EC Families Diagrams Driven_Page4.png

 

EC flat

_配备铁芯的内部绕组

_外部多极转子的转动惯量高

_采用开放式设计,在转速较高的情况下,流经电机的气流可改善散热效果。还可以通过开放式转子设计以及额外安装一台风扇进一步改善散热

_可与各种齿轮箱组合使用。内置 MILE 编码器

_可提供无框版本:独立的转子和定子,可集成到应用中

 

中文 EC Families Diagrams Driven_Page5.png

特性

顾名思义,该系列电机很短,但直径相对较大。大型外部转子与高磁极数组合,使电机可以达到较高的转矩。但是,较高的转动惯量却使电机的动态性能相对偏低。盘式电机具有较高的成本效益,是 maxon 迄今为止最为经济的电机。请注意,由于铁芯的电感较高,电机参数明显不同于简单的线性关系。

应用

对于所有安装尺寸(尤其是长度)非常关键,动态性能要求却不非常高的应用,盘式电机都是一种性价比极高的解决方案。泵机就是一个很好的例子。盘式电机通常不需要额外的齿轮箱。但是,与标准行星齿轮箱组合后,就会得到长度相对较短、转矩较高的装置。在机器人关节和外骨骼应用中,经常将这款电机与结构较短的专用齿轮箱(例如 Harmonic Drive?)组合使用,以同时满足高转矩以及长度限制的要求。

 

ECX TORQUE

_电感相对较高的铁芯绕组

_多极内转子,4 个磁极对(8 极)

_直径仅 22mm,可提供 3 种不同的长度型号(M、L、XL)

_与 ECX SPEED 相同或相似的可配置轴和电气接口

_与可配置的 GPX 行星齿轮箱组合

_可内置增量式或单圈绝对式编码器 (EASY)

 

特征和应用

电机的名称已充分表明了该系列电机的特点:这是一款专为相对较高的转矩和中等转速而研发的电机。ECX TORQUE 电机的设计修长纤薄,非常适合各种需要较高转矩但对转速要求却不高的手持式工具,例如电动螺丝刀。

 

 

EC frameless DT

_电感相对较高的外铁芯绕组

_多极内部转子

_盘式、短款无框设计结构;独立的转子和定子,可集成到应用中

 

特性

EC frameless DT 设计将高转矩与高动态特性完美接合。这是向着“转矩电机”发展的又一个进步,这种电机可以集成到应用中,并提供直接、刚性和无回差的控制。第一个标准款型已在 2021 年上市。

 

设计选项对比

铁芯或空心杯绕组

maxon 电机通常采用自承式、菱形空心杯绕组,这样就能消除电机在运行时的齿槽转矩。空心杯绕组非常适合高转速的长款电机。配备 1 个或 2 个极对的较长款型maxon EC 电机中就采用这种绕组,比如 ECX SPEED、EC-max 和 EC-4pole。

采用多极设计的较短款型高转矩电机则使用铁芯绕组,比如 ECX TORQUE、EC-i 和 EC flat 产品系列。铁芯中额外的铁损会限制电机的最高转速。

多极或 1 个极对

在设计电机时,要考虑的一个主要问题就是电机是要设计成高转速,还是设计成高转矩。根据设计方向的不同,可以相应地选择较多或较少的磁极数。一般来说,磁极越多,电机转矩就越大,电机转速也越低。因此,maxon EC 电机产品系列的特点就是高转速(特别是ECX SPEED),并且只有 1 个极对或最多 2 个极对(比如 EC-4pole)。

maxon 的高转矩 EC 电机,比如 ECX TORQUE、EC-i和 EC flat 产品系列,都配备了 4 个或更多磁极对。所谓的“转矩电机”往往拥有更多对磁极。这种电机通常是专为特定应用设计的高转矩直接执行器,并且不需要任何额外的齿轮箱或机械装置。因此,电机可以在没有干扰性机械回差的情况下进行高精度、刚性控制。maxon 的无框电机是向这种转矩电机发展的第一步。

内部或外部转子

电机的动态特性取决于转矩与转子转动惯量之间的比率,其表现形式为机械时间常数。而转动惯量在很大程度上又取决于转子的直径:直径越小,转动惯量也就越低,电机的动态性能就越高,这也意味着响应时间也越短。

因此,为了获得极高的动态性能,EC 电机的直径必须很小。为了实现这一目的,磁性转子必须非常靠近固定式绕组内部的轴。如果使用多个磁极,那么这种采用内部转子的设计仍然可以生成较高的转矩。

在采用外部转子的产品中,如 EC 盘式电机,磁性转子从外部包围绕组。这样就可以生成相对于转矩更高的转动惯量。相应地,机械时间常数也要高得多。

请注意,除了转子惯量之外,还有其他会影响电机动态性能的重要影响因素:磁铁的强度、可用的电流、电流上升的动态特性(即电气时间常数)、各种损耗等。

审核编辑(
王静
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