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直驱式机构.
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
- 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
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
直驱式机构应用在许多的产品中:
高速
- 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
- 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
- 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
- 洗衣机:像Fisher & Paykel、LG集团、三星集团、惠而浦及东芝等厂商有生产直驱式的洗衣机,洗衣滚筒直接装在马达上,取代较低效率的皮带驱动或是配合减速机的机种。
- 火车:1919年的Milwaukee Road class EP-2电车是直接用马达驱动火车的轮轴。东日本旅客铁道(JR East)在2002年1月架设了实验性的JR东日本E993系电力动车组电联车(EMU),称为AC Train,测试在电联车使用直驱马达的可行性。此技术后来应用在JR东日本E331系电联车,在2007年开始在京叶线上行驶。
- 车辆:自19世纪后期开始就有车毂马达,在21世纪开始用在电动车上。
- 风力发动机(参考无齿轮风力发动机):许多公司都有开发风力发电的直驱式发电机,目的是在提升效率,也降低维护成本[1][2]。
- 车辆:例如电动单轮车、高轮单车及儿童的自行三轮车。
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