傳統(tǒng)的永磁同步電機同步轉(zhuǎn)速與電機的極對數(shù)成反比，因而高轉(zhuǎn)速在很多應(yīng)用領(lǐng)域是不能直接使用的，減速機就不可或缺。增加減速機不僅可以降低輸出軸的旋轉(zhuǎn)速度，而且可以將電機的輸出轉(zhuǎn)矩成比例地放大至減速機的輸出軸。
減速機帶來的負面影響是：效率降低、噪音增加、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、潤滑油泄漏、傳動間隙、磨損、維護頻繁等。不同的應(yīng)用要求需要不同的減速機構(gòu)。但工程師們追求設(shè)計出一種低速、大輸出力矩的電機，使之直接驅(qū)動負載，讓系統(tǒng)更簡單一些、精密一些。
一、高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)的性能特點
調(diào)速范圍是伺服系統(tǒng)的一個重要參數(shù)，它是指電機在100%額定負載變動范圍內(nèi)，從額定速度向下調(diào)節(jié)，最低的是不爬行轉(zhuǎn)速，對于好的伺服系統(tǒng)，它在速度閉環(huán)條件下調(diào)速比一般在5000倍以上。由于力矩電機直接運行于低速狀態(tài)，當(dāng)速度向下調(diào)5000倍時，系統(tǒng)對低速的速度識別就存在問題，這是由于常用的編碼器受沒周脈沖數(shù)量的限制，在很低速時脈沖間隔過長帶來的反饋滯后誤差乃至振蕩。
以額定轉(zhuǎn)速200r/min的力矩伺服電機為例，想達到5000倍的調(diào)速比，就必須在0.04r/min時穩(wěn)定運行。如果電機上的反饋編碼器用通常的2500線，此時的脈沖頻率僅為1.67Hz，在0.6 s鐘才反饋一個脈沖的情況下，要想得到好的控制特性，顯然是不可能的。為此，國內(nèi)專攻大功率動力伺服系統(tǒng)的星辰伺服在國家科技型企業(yè)創(chuàng)新基金的支持下，成功開發(fā)出混合磁測速編碼器，使星辰伺服的高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)實現(xiàn)了從200r/min向下調(diào)10000倍的調(diào)速指標(biāo)。低速力矩伺服系統(tǒng)對極小速度給定信號的響應(yīng)和對極低速度的檢測，無疑是直接驅(qū)動系統(tǒng)實現(xiàn)高精度速度、位置控制的前提條件。
由于采用了直接驅(qū)動的方式，電機軸上輸出的任何力矩脈動，都會直接反映到被控對象上。而在這種電機上產(chǎn)生力矩脈動的因素有很多，比如：磁阻效應(yīng)、齒槽效應(yīng)、高次諧波脈動等。這要求力矩伺服系統(tǒng)能有效地抑制這些脈動轉(zhuǎn)矩。星辰伺服采用的方法有：交流電機三相電流平滑控制裝置、永磁同步電機的非線性動態(tài)校正方法、交流伺服電機力矩擾動的補償控制方法
二、高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用
平網(wǎng)印花機導(dǎo)帶定位控制中，由于傳輸輥與伺服電機之間一般存在20～30倍的減速機構(gòu)，不可避免地存在齒輪傳動間隙，伺服電機快速的啟停動作會引起減速機構(gòu)磨損，從而進一步加大傳動間隙。
三、注塑機和精密擠出機擠出螺桿驅(qū)動
在注塑機行業(yè)，現(xiàn)有預(yù)塑和擠出動力配制通常為油馬達和液壓注射推進系統(tǒng)，在注塑機電動化的大趨勢下，交流力矩式伺服系統(tǒng)已經(jīng)被日本、韓國等廣泛采用，使得新一代電動注塑機高速、環(huán)保、節(jié)能。
在螺桿擠塑機行業(yè)，現(xiàn)有擠出動力配制通常為：
1．Z4系列直流電機+直流調(diào)速器+齒輪減速機
2．三相異步電機+變頻器+齒輪減速機
3．高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)
三者的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)比較如附表
附表三者的經(jīng)濟技術(shù)指標(biāo)比較
四、高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)的典型應(yīng)用
1．無齒傳動電梯
高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)應(yīng)用于電梯行業(yè)，構(gòu)成了無齒傳動電梯，掀起了電梯行業(yè)的“第三次浪潮”。無齒傳動電梯具有高效節(jié)能、整體體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)簡單、低速能出大轉(zhuǎn)矩以及低噪聲等優(yōu)點，并且，電梯傳動的無齒化使得電梯無條件解困、直接平層運行成為現(xiàn)實。
2．其它領(lǐng)域
如直驅(qū)式電動車輪轂、輪轉(zhuǎn)式飛剪系統(tǒng)、航空、航天測試平臺等。
五、高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)應(yīng)用特點
高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)應(yīng)用于自動化裝備，有以下幾個特點：
1．效率高，節(jié)能顯著
典型的減速機構(gòu)的傳動效率大致為：圓柱齒輪減速機70%～90%不等，蝸輪蝸桿減速器20%～70%，采用高性能直接驅(qū)動式交流力矩伺服系統(tǒng)，連同驅(qū)動器、電機，額定點總效率可大85%以上，即使遠離額定工作點，在很寬的功率范圍內(nèi)，總體效率也在80%左右。與普通交流永磁同步伺服系統(tǒng)+減速機的方案相比，經(jīng)驗評估的節(jié)能效果可達30%左右。
2．噪音降低
在這種力矩伺服機構(gòu)中，減速機構(gòu)齒輪嚙合帶來的機械噪音不復(fù)存在，并且由于設(shè)備中沒有了高速轉(zhuǎn)動的部件，轉(zhuǎn)動部件旋轉(zhuǎn)動不平衡帶來的振動、噪音大為降低，由于高速轉(zhuǎn)動和振動導(dǎo)致的磨損、機件松動、變形、疲勞失效等故障大為降低。
3．結(jié)構(gòu)簡單，維護要求低
減速機構(gòu)潤滑油脂的泄漏一直是困擾機械行業(yè)的難題，由于省去了減速機構(gòu)，機構(gòu)大為簡化。潤滑油泄漏問題不復(fù)存在，并且設(shè)備對安裝、調(diào)試、維護的要求也大為降低。
4．傳動無間隙，提高控制精度
減速機構(gòu)的傳動齒隙不但帶來傳動控制誤差的加大，而且使得整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)諧振頻率降低，在進行快速、精密的速度、位置控制時，由于間隙的存在，控制系統(tǒng)的響應(yīng)頻帶嚴重受限，不穩(wěn)定區(qū)段的頻率降低，使得運動控制易出現(xiàn)振蕩乃至控制失敗。采用力矩伺服后，整個軸系采用套軸方法聯(lián)為一體，系統(tǒng)增益可以進一步提高，控制對象的動態(tài)、靜態(tài)誤差都得到有效控制。
