直驅式機構

直驅式機構(Direct drive mechanism)是指一設備的動力來源直接由電動機提供,中間沒有經過像變速箱或是皮帶之類的減速機構。對應的馬達會稱為直驅馬達(direct drive motor),也會簡稱DD馬達,轉速較低的DD馬達因為其轉矩會比相同功率的馬達要高,因此也會稱為轉矩馬達或是力矩馬達。

優點

•提升效率:功率不會消耗在減速機構中,皮帶、鏈條或變速箱中元件的摩擦上。

•降低噪音:因為設備較簡單,零件較少,直驅式機構也比較不會產生振動,產生的噪音也比較小。

•延長壽命:可動件較少也表示容易損壞的零件變少了。一般系統的損壞多半來自零件的老化(例如皮帶的拉伸)或是應力。

•低轉速下的高轉矩。

•反應快且精準的定位:減少傳動機構也可以避免傳動機構對定位的影響,若是馬達改用低慣量的永久磁鐵馬達,低慣量也會讓定位反應加快。

•驅動的剛性:沒有變速箱或滑珠螺桿等機構,也避免了機械上的背隙、磁滯及彈性等相關問題。

缺點

直驅式機構的主要缺點就是需要特製的電動機。一般電動機會設計在較高轉速(例如1500或是3000rpm時才會有最大轉矩。這様的特性適用於許多套用場合(例如風扇),但其他的機構需要在非常低的轉速下有較大的轉矩,例如留聲機轉盤,需要固定在33 1/3 rpm或45 rpm(而且要很精確)。

較慢的馬達其體積也會比(套用在較高轉速下的)標準馬達要大。例如皮帶驅動的留聲機轉盤,其馬達直徑為2.5cm,若是直驅式留聲機轉盤,直徑為10cm。因為非直驅式的機構可以用減速機構使實際負載的轉速下降,而提高負載上的轉矩,相對而言,直驅式機構的馬達就要產生夠大的轉矩。

直驅式機構需要比較精準的控制機械。有減速機的馬達其慣量較大,會讓輸出的運動變的較平緩。大部分馬達會有位置的轉矩漣波,稱為磁卡力矩。在高速馬達上,磁卡力矩的頻率較高,不致影響系統特性。而直驅式機構下,馬達的轉矩漣波比較容易影響系統,需要加慣量(例如飛輪)或是系統加入回授才能改善。

套用

直驅式機構套用在許多的產品中:

高速

•風扇:不需精準,轉速依風扇而定,約在1000至12000 rpm之間。

•硬碟:需非常精準,轉速有5400、7200、10000、15000 rpm等。

•錄影機:需非常精準,轉速1800 rpm(NTSC)或1500 rpm(PAL)。

•縫紉機:依機種,轉速可能是3000 rpm到5000 rpm。

•數控工具機:數控工具機的轉盤需要快而且精準。

•洗衣機:最高到1600rpm。

中速及可變速

•軟碟。

•光碟驅動器:CD會直接耦合在轉子上,播放音樂的轉速是250至500rpm,若是配合電腦使用,轉速會更高。

非常低的轉速

•唱片留聲機:速度需非常精準,速度會是78, 33 1/3或45 rpm。

•望遠鏡架台:速度需非常精準,24小時會轉一圈。

其他套用

•洗衣機:像Fisher & Paykel、LG集團、三星集團、惠而浦及東芝等廠商有生產直驅式的洗衣機,洗衣滾筒直接裝在馬達上,取代較低效率的皮帶驅動或是配合減速機的機種。

•火車:1919年的Milwaukee Road class EP-2電車是直接用馬達驅動火車的輪軸。東日本旅客鐵道(JR East)在2002年1月架設了實驗性的JR東日本E993系電力動車組電聯車(EMU),稱為AC Train,測試在電聯車使用直驅馬達的可行性。此技術後來套用在JR東日本E331系電聯車,在2007年開始在京葉線上行駛。

•車輛:自19世紀後期開始就有車轂馬達,在21世紀開始用電動車的概念上。

•風力發動機(參考無齒輪風力發動機):許多公司都有開發風力發電的直驅式發電機,目的是在提升效率,也降低維護成本。

•車輛:例如單輪車、高輪腳踏車及兒童的自行三輪車。

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