伺服電機(jī)和直接驅(qū)動技術(shù)的優(yōu)勢   

多年來，出于各種原因，步進(jìn)電機(jī)一直是設(shè)計用于儀器儀表的流行的電機(jī)類型。步進(jìn)電機(jī)已變得越來越商品化，并且可以輕松采購。此外，不斷增長的“創(chuàng)客運(yùn)動”同時使它們更受歡迎并降低了成本。與伺服電機(jī)不同，步進(jìn)電機(jī)不需要調(diào)整以優(yōu)化其性能。此外，使用步進(jìn)電機(jī)執(zhí)行縮放和運(yùn)動命令通常既快速又簡單。伺服電機(jī)在執(zhí)行復(fù)雜（扭矩、速度或位置）閉環(huán)時通常需要更多專業(yè)知識。微步進(jìn)允許大多數(shù)現(xiàn)代驅(qū)動電子設(shè)備將步進(jìn)電機(jī)步進(jìn)或增量到每轉(zhuǎn) 50,800 步或更高的分辨率。

無框旋轉(zhuǎn)套件電機(jī)。

然而，實驗室自動化的宏觀趨勢正在促使儀器設(shè)計人員尋找步進(jìn)電機(jī)的替代品。其中重要的是提高吞吐量的壓力。減少執(zhí)行測試所需的時間是降低成本的快方法之一。更小的占地面積是另一個重要的成本節(jié)約技術(shù)。更緊湊的儀器對于節(jié)省地板和工作臺空間至關(guān)重要。在生命科學(xué)儀器中，試劑占每次測試增量成本的很大一部分。降低成本需要減少樣品的大小和使用的試劑量。為了適應(yīng)這種減少的樣本量，儀器的運(yùn)動精度變得越來越重要。對多功能設(shè)計的渴望代表了另一個重要趨勢，因為消費(fèi)者需要具有更大集成功能的儀器。現(xiàn)代儀器買家還需要越來越智能和感知的產(chǎn)品。一個特別受歡迎的屬性是“確定性”，它使儀器不僅可以了解所有位置，還可以了解電機(jī)運(yùn)行參數(shù)的狀態(tài)，例如溫度或不同的故障條件。為了應(yīng)對這些趨勢，儀器設(shè)計人員越來越多地轉(zhuǎn)向伺服電機(jī)和直接驅(qū)動技術(shù)。對于設(shè)計人員來說，探索這些技術(shù)中的每一種與步進(jìn)電機(jī)的比較可能會有所幫助。

伺服電機(jī)與步進(jìn)電機(jī)

與步進(jìn)電機(jī)非常相似，伺服電機(jī)可用作傳統(tǒng)的旋轉(zhuǎn)電機(jī) - 以及線性伺服電機(jī)（圖 1）。有幾個優(yōu)勢導(dǎo)致越來越多的儀器制造商傾向于使用伺服電機(jī)來提高其儀器的性能：更大的扭矩：對于在線性伺服等效中只需要短時間的扭矩或力的應(yīng)用（通常用于加速物體），伺服電機(jī)可以在短時間內(nèi)提供比連續(xù)處理更多的電流。

步進(jìn)電機(jī)和伺服電機(jī)。

更高的速度：伺服電機(jī)的速度通常是典型步進(jìn)電機(jī)的 2-3 倍。這可能允許設(shè)計人員增加額外的減少量，以在更小的封裝中獲得更大的扭矩。例如，比較兩個等效堆疊長度的 NEMA 框架電機(jī)：一個步進(jìn)電機(jī) (HV233) 和一個伺服電機(jī) (SM233)。這兩種電機(jī)的性能曲線都是在環(huán)境溫度下相同的操作條件下生成的，并且每個電機(jī)都向驅(qū)動電子設(shè)備提供相同的 120 伏交流電。如果我們將步進(jìn)電機(jī)的性能與伺服的連續(xù)性能進(jìn)行比較，那么在低 RPM（小于 1000）時，步進(jìn)電機(jī)具有輕微的扭矩優(yōu)勢；然而，一旦我們進(jìn)入更高的 RPM，步進(jìn)電機(jī)的扭矩性能會急劇下降，伺服的速度-扭矩性能變得更加突出。現(xiàn)在考慮伺服電機(jī)相對于步進(jìn)電機(jī)的峰值性能。誠然，伺服器只能在這個峰值扭矩范圍內(nèi)短時間運(yùn)行，并且必須讓產(chǎn)生的熱量散發(fā)出去，但伺服器在這個運(yùn)行范圍內(nèi)的極端優(yōu)勢是顯而易見的。更高的精度：伺服電機(jī)使用反饋設(shè)備，這些設(shè)備使用編碼器來檢測系統(tǒng)中的錯誤，并通過圍繞電機(jī)、扭矩、速度或位置的控制回路來糾正此錯誤以滿足機(jī)構(gòu)的所需性能。提供多種編碼器選項。在旋轉(zhuǎn)電機(jī)中，選項包括典型的玻璃盤或新型低成本磁性、正交、極其堅固的旋轉(zhuǎn)變壓器、模擬正弦/余弦和多圈格式，無需歸位。線性編碼器技術(shù)提供與旋轉(zhuǎn)設(shè)備上可用的技術(shù)類似的技術(shù)：更低的可聽噪音：正確調(diào)諧的伺服電機(jī)是忍者般的安靜。伺服驅(qū)動應(yīng)用中大的噪聲源通常是傳動系統(tǒng)或軸承。步進(jìn)電機(jī)在運(yùn)行期間通常會發(fā)出大約 68 dB 的聲音。靈活的繞線技術(shù)：現(xiàn)代設(shè)計軟件可以非常接近地模擬伺服電機(jī)的性能。伺服電機(jī)通常可以以非常可控的、幾乎類似于 CNC 的方式進(jìn)行特殊纏繞，以使其性能曲線與應(yīng)用的速度和扭矩要求相匹配。

直接驅(qū)動技術(shù)與步進(jìn)電機(jī)

兩個等效堆疊長度 NEMA 框架電機(jī)的比較 — 步進(jìn)電機(jī) (HV233) 和伺服電機(jī) (SM233)。顧名思義，直接驅(qū)動技術(shù)可在電機(jī)和有效載荷之間建立直接耦合，而無需使用任何機(jī)械減速或傳動系統(tǒng)。它的主要缺點是缺乏機(jī)械優(yōu)勢。應(yīng)用所需的任何力或扭矩都必須由電機(jī)直接產(chǎn)生，這可能需要使用更大的電機(jī)和更大的總電流。但是，在儀器設(shè)計方面，直接驅(qū)動技術(shù)比步進(jìn)器具有以下幾個優(yōu)勢：集成旋轉(zhuǎn)套件電機(jī)：在許多情況下，旋轉(zhuǎn)套件電機(jī)可以減小給定應(yīng)用的尺寸。在旋轉(zhuǎn)應(yīng)用中，套件電機(jī)消除了齒輪或皮帶。在線性應(yīng)用中，它們也可以直接集成到螺釘上以消除耦合，這會增加執(zhí)行器的總長度和柔順性。旋轉(zhuǎn)套件電機(jī)通常包括：定子或線圈——這是電機(jī)的繞制銅質(zhì)部分，它使用電流產(chǎn)生磁場來驅(qū)動電機(jī)。轉(zhuǎn)子 - 定子將磁場施加到一組固定的磁鐵上，通常稱為轉(zhuǎn)子。霍爾效應(yīng)傳感器 - 小霍爾效應(yīng)傳感器相對于彼此以不同的偏移量放置，以在驅(qū)動電子設(shè)備內(nèi)建立換向角，以指示在給定的旋轉(zhuǎn)位置應(yīng)接收功率的相位。集成直線電機(jī)：本質(zhì)上，直線伺服電機(jī)就像一個平鋪的旋轉(zhuǎn)電機(jī)。電機(jī)直接與負(fù)載耦合，因此沒有機(jī)械優(yōu)勢，應(yīng)用所需的所有力都必須由電機(jī)直接產(chǎn)

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