直接驅(qū)動電機(jī)（DDR）是一種直接驅(qū)動負(fù)載且無需任何機(jī)械傳輸機(jī)制（例如變速箱或皮帶）的電機(jī)。這類電機(jī)也被稱為力矩電機(jī)。它們通過使用高能永磁，產(chǎn)生高力矩。與傳統(tǒng)的電機(jī)不同，該產(chǎn)品的大力矩使其可以直接與運(yùn)動裝置連接，從而省去了諸如減速器，齒輪箱，皮帶等等連接機(jī)構(gòu)，因此才會稱其為直驅(qū)動電機(jī)。

DD馬達(dá)（力矩電機(jī)）的特點(diǎn)是具有軟的機(jī)械特性可以堵轉(zhuǎn)當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩增大時能自動降低轉(zhuǎn)速同時加大輸出轉(zhuǎn)矩當(dāng)負(fù)載轉(zhuǎn)矩為一定值時改變電機(jī)端電壓便可調(diào)速但轉(zhuǎn)速的調(diào)整率不好，因而在電機(jī)軸上加一測速裝置配上控制器利用測速裝置輸出的電壓和控制器給定的電壓相比來自動調(diào)節(jié)電機(jī)的端電壓使電機(jī)穩(wěn)定，具有低轉(zhuǎn)速、大扭矩、過載能力強(qiáng)、響應(yīng)快、特性線性度好、力矩波動小等特點(diǎn)。

DD馬達(dá)適用于各種產(chǎn)業(yè)裝置機(jī)械，特別是半導(dǎo)體制造 檢查裝置、液晶制造裝置，如應(yīng)用于高性能膠片、充電電池、LED檢測系統(tǒng)、手機(jī)面板貼膜機(jī)、半導(dǎo)體IC測試機(jī)、醫(yī)療行業(yè)血糖值試驗機(jī)等。

下面我們介紹DDR 電機(jī)選型的幾個要素：

1. 峰值扭矩和持續(xù)扭矩

     DDR 電機(jī)扭矩必須要符合應(yīng)用需要，或者說電機(jī)的峰值扭矩和持續(xù)扭矩要高于應(yīng)用需要的峰值扭矩和 RMS（均方根）扭矩，否則，電機(jī)將不能達(dá)到所需要的最大加速度，或者有時電機(jī)會過熱。

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直線電機(jī)，遵照牛頓第二定律：F = ma，F(xiàn) 是負(fù)載運(yùn)動需要的力，單位為 N；m 是運(yùn)動物體的質(zhì)量，單位為Kg；a 是加速度，單位為 m/s2 。同理，對旋轉(zhuǎn)電機(jī)，T = Jα，T 是負(fù)載選擇需要的扭矩，單位是 Nm；J 是負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量，單位 Kgm2 ；α是角加速度，單位為rad/ s2(360°=2πrad)。對于實(shí)際應(yīng)用，可以計算需要的峰值扭矩和 RMS 扭矩：

峰值扭矩取決于加速度/減速度，T = Jα

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電機(jī)的選擇要基于計算出的峰值扭矩和 RMS 扭矩。另外需要增加 20-30%的安全系數(shù)，特別是假設(shè)摩擦力和反向作用力為零時。高相的 DDR 電機(jī)以高扭矩密度來設(shè)計， 相比較傳統(tǒng)旋轉(zhuǎn)電機(jī)設(shè)計理念， 可以提供更高的峰值扭矩和持續(xù)扭矩。

2. 電機(jī)慣量 – 越小越好

     根據(jù)轉(zhuǎn)矩方程式，T = Jα，如果轉(zhuǎn)動慣量越小，就可以獲得更高的加速度。轉(zhuǎn)動慣量包括兩部分：電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動慣量和負(fù)載的轉(zhuǎn)動慣量。


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在很多的案例中，電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動慣量在總的慣量中占有很大比例。這意味著電機(jī)扭矩有大部分用于自身轉(zhuǎn)動，只有小部分扭矩用于負(fù)載轉(zhuǎn)動。這種情況會給設(shè)計工程師造成設(shè)計障礙。為獲取更高的性能，更大加速度和更短的運(yùn)行周期，就需要更大的扭矩，為了取得更大的扭矩，工程師就要選擇更大型號的電機(jī)。然而，電機(jī)越大，電機(jī)本身的轉(zhuǎn)動慣量就會越大，會導(dǎo)致需要更高的扭矩。有可能更大型號的電機(jī)也不能達(dá)到更高性能的目標(biāo)。

      因此，DDR 電機(jī)本身轉(zhuǎn)動慣量小是一個優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)該注意，DD 電機(jī)使用外部轉(zhuǎn)子設(shè)計，就會產(chǎn)生更大的轉(zhuǎn)動慣性。高相的DD馬達(dá)采用最佳的轉(zhuǎn)動慣量設(shè)計，扭矩密度及電機(jī)慣量的比率極佳。

3. 電機(jī)的轉(zhuǎn)動慣量是否一定要匹配負(fù)載慣量？

     當(dāng)使用傳統(tǒng)的伺服電機(jī)和機(jī)械傳動系統(tǒng)時，有一個慣例，電機(jī)慣量和負(fù)載慣量的比率要匹配，比率要控制在1:5 以內(nèi)，或者已提高到 1:10 以內(nèi)。對于高相DDR 電機(jī)，不需要電機(jī)慣量和負(fù)載慣量匹配，或者說 高相DDR 電機(jī)使用不受電機(jī)慣量和負(fù)載慣量比例的影響，可以是任意比值。

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在傳統(tǒng)的伺服電機(jī)應(yīng)用中，皮帶、滑輪、齒條和齒輪等等機(jī)械傳動都存在背隙。因此，在小型快速運(yùn)動中反轉(zhuǎn)運(yùn)行時，可能會出現(xiàn)負(fù)載與電機(jī)瞬間解耦(脫離)的問題，這會造成控制方面不夠穩(wěn)定。慣量匹配就是要解決這個問題，在控制部分能穩(wěn)定的范圍內(nèi)運(yùn)行。在使用高相 DDR 電機(jī)時，電機(jī)與負(fù)載直接連接，中間沒有任何傳動機(jī)構(gòu)，不存在背隙的問題。因此，DDR 電機(jī)不需要慣量匹配。

4. 嵌齒效應(yīng) 或 穩(wěn)定扭矩

     DDR 電機(jī)定子的疊片式鐵芯的齒部會造成嵌齒效應(yīng)。如下圖所示，說明了嵌齒扭矩是由定子齒部和磁鐵之間的吸引力產(chǎn)生的。

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可以用手去旋轉(zhuǎn)電機(jī)來感受嵌齒效應(yīng)，會在特定的位置感覺到阻礙力，使電機(jī)轉(zhuǎn)動起來不是特別的平滑。嵌齒扭矩的缺點(diǎn)在于它會促使運(yùn)動中產(chǎn)生扭矩波動，從而造成速度波動。運(yùn)動控制器一定程度上可以彌補(bǔ)這種影響，但是在低速的勻速運(yùn)動中，嵌齒效應(yīng)的影響是非常不利的。嵌齒效應(yīng)的另一個缺點(diǎn)是影響運(yùn)動的整定性能，在目標(biāo)位置會有抖動現(xiàn)象。高相的DD馬達(dá)設(shè)計時對槽/極進(jìn)行了優(yōu)化，并在定子疊片式鐵芯的齒部做了特別設(shè)計，實(shí)現(xiàn)最低的嵌齒扭矩。

5. 最大速度

     在快速的運(yùn)動應(yīng)用中，可以達(dá)到很到的峰值速度。根據(jù)應(yīng)用情況，需要考慮合適的繞組類型，確保放大器的總線電壓可以充分的克服反電動勢電壓。

簡單的說，總線電壓要大于由反電動勢產(chǎn)生的電壓和峰值電流乘于電機(jī)電阻總和：

V > ( Kv * Speed + Ip * R)

其中：

V 是總線電壓，單位為 VDc；

Kv 是電機(jī)的反電動勢常數(shù)；

Ip 是峰值電流；

R 是電機(jī)的終端電阻。

6. 軸向和徑向跳動

   DDR 電機(jī)的軸向和徑向跳動由其使用的軸承精度、機(jī)械加工件和零部件的安裝精度決定。在高精度的應(yīng)用中需要考慮軸向和徑向跳動。

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DDR 電機(jī)的軸向和徑向跳動標(biāo)示在電機(jī)資料手冊上。對標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)，給予正常的軸向和徑向跳動值，也提供更高規(guī)格的指標(biāo)可供用戶選擇。

7. 反饋

      DDR 電機(jī)通常使用光學(xué)增量編碼器反饋。但是，也有其它反饋類型可以選擇，如：旋變編碼器、絕對值編碼器和感應(yīng)式編碼器。光學(xué)編碼器相比較旋變編碼器可提供更好的精度和更高的分辨率。 高相 DDR 電機(jī)無論多大型號， 通常使用光學(xué)編碼器光柵尺的光柵間距是 20 微米。通過插值，可以獲得非常高的分辨率，以達(dá)到應(yīng)用所需精度。比如：DME3H-030，光柵間距 20 微米，每轉(zhuǎn)有 12000 線，標(biāo)準(zhǔn)的插值倍率是 40 倍，每轉(zhuǎn)的分辨率為480000單位，或者說以光柵為反饋的分辨率是 0.5 微米。采用 SINCOS（模擬量編碼器） ，4096 倍的插值之后，可以得到的分辨率為每轉(zhuǎn) 49152000 單位，或者說以光柵為反饋的分辨率是 5 納米。