一文读懂电机直驱的优缺点

传统的驱动技术，电机输出的扭矩比较有限。在驱动较大的负载时，通常都会通过各种传动机构，比如：减速齿轮箱、丝杆、皮带轮等，提升最终连接到机械设备的驱动力矩。然而，齿轮箱、同步带、滑轮或丝杠等这些机械传动的同时，也会引起齿隙、机械损失和附加的噪音，降低传动效率，增加机器尺寸和重量。最近几年来，在电气传动的应用上，我们可以看到一些直驱传动的身影，直接驱动系统省去了很多组件与传动部件，简化了整体机械设计，使整个系统非常紧凑。同时直接驱动系统拥有高精度、高可靠性的特点，而且很重要的一点是不需要维护。没有皮带或齿轮箱等机械动力传动部件，只需要电机和螺栓即可安装。这样一来，不仅让机械制造商的设备制造更加容易，也使得终端用户的应用集成更加简单。什么是直接驱动直接驱动就是在驱动系统控制下，将直驱电机（力矩或直线）直接连接到负载上，实现对负载的直接驱动。

采用此种结构，所有机械传动部件（减速齿轮箱、滚珠丝杠、齿条与齿轮、皮带与皮带轮等）均不再需要，消除了由机械传动带来的反向间隙、迟滞、弹性及与之相关的其它问题。直驱电机的分类直驱电机主要分为直线电机、力矩电机和音圈电机三类，前两者目前比较常见。直驱力矩电机 直驱力矩电机由同步伺服电机演化而来，通常具有较多的磁极对数和较高的功率密度，因此在低转速下具备超大的输出力矩。直驱力矩电机大体上可以分为有框直驱电机、无框直驱电机和模块化直驱电机（有框无轴承）。这其中又以有框直驱电机最为常见，它主要由框架、绕组、磁铁、轴承和伺服反馈等元件组成。无框直驱电机顾名思义没有框架，分离的转子和定子分别直接固定到机械负载上，依靠机械设备的轴承相对运动，不需要任何额外的机械传动部件。

模块化直驱电机则结合了以上两者的特点，采用了无轴承的设计，电机的转子直接安装在机械的旋转轴上，具有与普通电机相似的安装便利性。直驱直线电机 直驱直线电机的原理相当于从中心剥开后平铺摆放的同步伺服电机，其一半为周期性重复的永磁体，另一半为绕组线圈。直驱直线电机主要有两种机械结构：有铁芯直线电机和无铁芯（无槽）直线电机。有铁芯的直线电机单位体积推力输出较大，适用于高加减速和移动较重的负载，但也因此可能受到齿槽效应的影响；而无铁芯直线电机则适用于较轻的负载，线圈组件和磁路之间没有任何的引力，可以实现超平滑的运动。直接驱动的特点1.寿命更长 – 维护更少传统的系统中丝杆、齿轮、皮带等机械传动部件会产生磨损。因此，这些机械部件均需要定期维护和检修，如：丝杆和齿轮需要定期进行润滑或更换，皮带需要定期张紧等。由于直接驱动系统中没有这些传动部件，因此几乎没有磨损。由于不再需要更换皮带、齿轮和润滑油等，直接驱动系统的维护时间和成本都会显著减少。2.能效更高由于减少了中间的传动部件和不必要的磨损，能源利用的效率得以大幅的提升。

直接驱动系统最大程度上消除了能量传输过程中的损耗，因此非常利于节能。经验表明，相比于普通伺服电机，直驱电机大约能提高 40% 的能效，节约 60% 的能源消耗。3.实时性更强传统的机械传动部件限制了机器的启停速度和调整时间，而直驱传动的实时性会非常高。苏州维本Wintone ZG6高耐磨、高扭力、低吸湿齿轮专用工程塑料，在手持锂电高压清洗水枪泵体的应用上（包括带行星减速电机内齿圈的一体式泵体和行星减速电机内齿圈为独立部件的组合式泵体），与传统的玻纤增强尼龙材料相比，Wintone ZG6材料可以帮助您解决以下问题：1.玻纤增强尼龙材料耐磨不够，手持锂电水枪用段时间后，内齿圈磨损严重而失效----Wintone ZG6材料具有更优的耐磨性，可以帮助您大幅提升锂电水枪的使用寿命。2.玻纤增强尼龙材料吸水率比较高，内齿圈的扭力和尺寸受水份影响比较大-----Wintone ZG6材料的吸水率只有玻纤增强尼龙材料的六分之一，扭力和尺寸受水份影响很小，比较容易控制和管理内齿圈的精度和稳定性。3.玻纤增强尼龙材料易水解，随着使用时间的增加，注塑部件的机械性能会衰减------Wintone ZG6材料具有优异的耐腐蚀性，ZG6具有优异的耐水解（包括冷水和热水）、耐酸碱、耐盐水等耐化学性。

在手持锂电高压清洗水枪行星减速齿轮箱的应用上，与传统的粉末冶金齿轮相比，苏州维本工程塑料Wintone Z33耐磨静音齿轮专用工程塑料，具有以下优势：

1.更优的耐磨耐疲劳性----与高强度工程塑料内齿圈或者金属内齿圈对磨，Wintone Z33具有更好的耐磨耐疲劳寿命。

2.更静音----与高强度工程塑料内齿圈或者金属内齿圈对磨，Wintone Z33具有更好的静音性能。

3.更有竞争力的系统成本----Wintone Z33更有效率的注塑加工成型性，可以帮您降低粉末冶金齿轮的制造成本和提升生产效率。

Wintone Z33材料作为一款强韧耐磨型工程塑料，在齿轮应用上最显著的特点是：耐磨、静音、耐腐蚀、强韧且不受水份影响。

直驱电机的优点1. 直接驱动。电机与被驱动工件之间，直接采用刚性连接，无需丝杆、齿轮、减速机等中间环节，最大程度上避免了传动丝杆传动系统存在的反向间隙、惯性、摩擦力以及刚性不足的问题。2. 高速度。直线电机的正常高峰速度可达5-10m/s；传统滚珠丝杆，速度一般限制于1m/s，产生的磨损量也较高。3. 高加速度。由于动子和定子之间无接触摩擦，直线电机能达到较高的加速度；较大的直线电机有能力做到加速度3-5g，更小的直线电机可以做到30-50g以上（焊线机）；通常DDR多应用于高加速度，DDL应用于高速度和高加速度。4. 高精度。由于采用直接驱动技术，大大减小了中间机械传动系统带来的误差。采用高精度的光栅检测进行位置定位，提高系统精度，可使得重复定位精度达到1um以内，满足超精密场合的应用。5. 运动速度范围宽。

直线电机运行的速度最低可实现1um/s，最高可实现10m/s，满足各种场合需求。6. 噪音小，结构简单，维护成本低，可运行于无尘环境等等。直驱电机的缺点：直驱电机的主要缺点在于成本高。在简单的比较中，直驱电机比传统电机贵。但是，考虑到省去了中间齿轮和联轴器，以及相关的维护和整体机械简化，直驱电机在部分应用上具有成本效益。不过，随着直驱电机越来越普遍，并且更强大的钕铁硼（Nd-Fe-B）磁铁的发展，直驱电机的成本会有所下降。从直驱电机在洗衣机上的应用，来看下直接驱动的特性洗衣机按照运行方式可以分为滚筒和波轮，小维觉得如果要真正全面地了解洗衣机，不仅仅是滚搞清楚筒和波轮的区别就可以了，还有些很关键的部件可能我们不太清楚，今天就和大家一起来了解一下洗衣机的心脏——电机。电机的性能直接决定了洗衣机的性能、功耗、噪音、平顺性等，但相较于滚筒波轮这种很形象、能直接看出来不同的东西，电机隐藏在内部，普通消费者只能通过厂商们的宣传来大致判断电机的差异。

当我们点开洗衣机的商品详情页，一般会看到稍微好一点的产品都喜欢宣传“BLDC电机”和“DD直驱电机”两个概念，很多消费者买之前就会纠结了，到底哪种电机好？这里存在一个很大的误区，其实“BLDC电机”和“DD直驱电机”并不是同一个概念。BLDC全名Brushless Direct Current Motor，翻译成中文就是直流无刷电机，确确实实是一种电机类型。DD直驱全名Direct Driver，翻译成中文是直接驱动，并不是特指某一种电机，而是一种驱动形式。这就好比问你“电动车”和“四驱车”哪个好？不是同一类型的东西，没有可比性。早期的洗衣机大多采用串励电机，这种电机电枢绕组（转子）和励磁绕组（定子）是串联的，而转子必须旋转，肯定无法用铜线直接连接，所以就出现了电刷，通过接触来导电，不影响旋转。但有了电刷缺点就比较明显了，磨损大、效率低。

直流无刷电机是这几年家电领域应用比较多的电机类型，大到冰箱空调洗衣机，小到吸尘器扫地机吹风机，都有它的身影。无刷直流电机有着很多优点，由于没有电刷和换向器，它的效率高、寿命长，体积紧凑，调速范围很广，运行时噪音也相对较小。相比于交流异步电机，无刷直流电机转矩特性优异，启动电流小，能在所有转速下达到很高的功率。

目前来说它的缺点就是成本稍高，所以使用了无刷直流电机的电器价格一般比较高，因此我们选购洗衣机时，能经常看到商家宣传其采用了“更高级”的BLDC电机，价格也更贵一些。现在我们知道直驱电机是驱动形式，而不是电机种类，传统洗衣机的驱动形式大多为皮带传输，电机带动皮带旋转，最后皮带再拖动内桶工作，这种原理和自行车链条带动车轮是一样的。而直驱最大的变化是取消皮带，让电机的转动轴直接和洗衣机内桶连接，就好比独轮车，踏板直接连接着车轮，踏板转一圈，独轮车车轮也转一圈。这样做的好处是省去了一个传动环节，提高了传动效率。直驱所使用的电机，可以选择直流无刷电机、永磁同步电机、串励电机等任何一种电机。目前由于直流无刷电机性能优异，因此其实洗衣机产品说明上所宣传的直驱电机的洗衣机，本质上使用的是直流无刷电机，只是驱动形式从带动皮带变成了直接驱动。

直驱理论上可以提高效率，降低噪音，但是实际上直驱仍然存在一些问题，比如直接连接的方式对电机性能参数要求很高，因为转速必须控制在较低转速，因为直接和内桶相连，不能转太快，那这样对电机最佳运行区间有着更高的要求。而通过传统皮带连接的方式对电机的要求没有那么高，因为可以通过主动轮和从动轮的直径来调整不同的转速配比，相当于给电机加了个变速箱，出厂前可以根据电机的实际情况调整转速比。还有就是现在的洗衣机内桶直径都很大，直驱的方式会存在动平衡难以调节的问题，所以我们能看到很多国外高端品牌都还没采用直驱的方法。

苏州维本Wintone T31高温耐磨齿轮专用工程塑料，在电动晾衣架交流电机蜗轮蜗杆减速齿轮箱的第一级塑胶斜齿轮上的应用，可以让您的电动晾衣架的“刹车刹不住”这个问题迎刃而解。

在各类减速电机传动齿轮的应用上，苏州维本Wintone T31高温耐磨齿轮专用工程塑料，可以帮您解决常规的齿轮材料可能遇到的一些问题：

1.玻纤增强PA66工程塑料，在温度100℃到200℃的区间内，力学性能下降比较快，在齿轮啮合传动受力时变形比较大而容易失效的问题。

2.常规的POM齿轮材料耐热不够的问题；

3.PPS高温塑料比较脆，易断齿，齿轮传动噪音比较大的问题。

4.PA46高温塑料的吸水率比较大，PA46齿轮的扭力和尺寸受水份影响比较大的问题。

5.PEEK高温塑料对一些齿轮应用的成本压力比较高的问题。

电动晾衣架直流电机蜗轮蜗杆减速齿轮箱的塑料斜齿轮的选材，和交流电机的塑料斜齿轮的选材差异很大，直流电机电动晾衣架的塑胶斜齿轮是用到Wintone Z33耐磨静音齿轮专用料，就一级传动，耐疲劳寿命长、噪音低、可靠性好，但成本也会高一些。

电动晾衣架交流电机减速齿轮箱用二级传动，其实是降本设计，第一级的双联斜齿轮（模数相对也小）的选材很关键，而第二级大模数的齿轮可以用很普通的加纤尼龙6（可以用具有成本优势的加纤尼龙6是降本点之一，但更重要的降本点对交流电机电动晾衣架蜗轮蜗杆减速齿轮箱来说，是简化的制动设计甚至是取消制动锁紧装置），所以第一级斜齿轮选材至关重要，如果不当，就容易出现刹车刹不住的问题。

工业齿轮的应用上，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更好的耐磨性、耐疲劳性、抗形变能力，Z33在保持了良好刚性的同时，进一步提升了弹性和韧性（这种优异的机械性能在摄氏-40度、0度和80度都有保持和体现），可以帮助解决齿轮断齿问题，同时大幅度降低摩擦噪音，经应用后比较，Wintone Z33也优于不少耐磨改性规格的POM和PA66（如聚四氟乙烯，硅酮类或二硫化钼改性），同时Z33具有很好的耐腐蚀性，可以用于很多场景下接触各类化学物质的严苛环境，比如印染纺织机械上的齿轮，液压系统的挡圈和密封圈，等等，成功替代价格昂贵的PEEK，PA12，PVDF，PTFE，PA46的部分应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。

在汽车接插件的应用上，与传统的尼龙66和PBT相比，Wintone创新型工程塑料在保持了优良的刚性，耐热性和电性能的基础上，大幅度提高了材料的韧性，为提高接插件的抗脆断性（特别是低温下的抗脆断性），提供了一个全新的解决方案，同时Wintone材料的吸水率很小（只有PA66的六分之一），水份对Wintone材料制造的接插件影响很少。另外Wintone Z63优异的流动性和韧性，可以让薄壁接插件更强韧，无需水处理。在注塑加工时，整包装（25公斤）的Wintone材料无需提前干燥，可以直接注塑。同时Z63优良的流动性，允许复杂的结构件可以在较低的注塑压力和速度下成型，可以帮助降低接插件翘曲变形的风险。

在高压泵单向阀罩的应用上，与传统的尼龙、POM材料相比，Wintone Z63在保持了优异刚性的同时，大幅度提高了材料的韧性、耐疲劳、耐磨和耐水解性（包括耐冷水和耐热水），可以帮助解决常规尼龙单向阀罩不耐水解而磨耗脆断，POM材料韧性不够，反复压力冲击后而脆断的问题。同时Z63极其优异的耐化学性，可以帮助解决常规材料（尼龙和POM）单向阀罩腐蚀断裂问题，大幅度提升耐久性，特别是应用环境较严苛的药泵、海水淡化泵、热水泵等等，另外Z63的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z63注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。

在汽车ABS轮速传感器的应用上，Wintone ZG6工程塑料可以帮助解决传统的玻纤增强PA66材料耐盐水和耐腐蚀性不够的问题，ZG6属于电中性工程塑料，不含卤素不会腐蚀芯片，同时ZG6具有均衡良好的机械性能，比PA612和PA12更优的耐油性，成功替代不少玻纤增强PA612和PA12的部分应用领域，另外，Wintone ZG6工程塑料的吸水率只有尼龙66的六分之一，水份对ZG6做的功能注塑件的尺寸和性能影响很少，整包装的Wintone ZG6材料，可以不烘料直接注塑，注塑完无需水处理。

在液压系统挡圈和导向环的应用上，Wintone Z33可帮助解决传统材料应用时的一些问题（如POM导向环会磨铁，在温度上升到60度以上时力学性能下降较快的问题；如PA66挡圈会溶胀和易水解，尺寸和性能受媒介影响较大，耐磨不够的问题；常规的青铜粉改性PTFE挡圈力学性能不够和抗压的局限性，以及多步工序及系统成本过高的问题；酚醛夹布导向环的易脆断性和不够环保），Wintone Z33以其优异的综合性能：更优异的耐磨性、更好的抗形变和耐蠕变性、远优于POM和PA66的耐腐蚀性、更优的回弹性和抗挤出能力、极具价值的性价比，让您在选材时就获取竞争优势，经长期应用后验证，Wintone工程塑料已成功替代部分价格昂贵的PEEK，PA12，PA46，PVDF，PTFE的应用领域。另外Z33的吸湿很少，综合性能受水份的影响很小，整包装Wintone Z33注塑前不需要提前烘料，可以直接注塑，注塑完无需水处理。

在纺织机械配件的应用上，Wintone工程塑料是一款耐磨耐腐蚀强韧型专用工程塑料，典型应用是齿轮、轴套、滑块、垫片、法兰等功能件，与传统的POM和PA66相比，Wintone Z33具有更强韧的力学性能，更好的耐磨性，耐疲劳性和耐腐蚀性。

可以帮助解决POM类配件（韧性和弹性不够，有时候会脆断和磨损后易碎屑化，耐磨性不够好，会磨铁，噪音比较大，不耐酸碱等问题）

可以帮助解决尼龙类配件（部件性能和尺寸受环境湿度影响比较大；容易水解及耐化学性不够好，低温下有时会脆断等问题。）

编辑：黄飞