許多工業(yè)應(yīng)用在其制造、生產(chǎn)或機(jī)器人系統(tǒng)中，都依賴(lài)基于伺服或步進(jìn)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控制器。傳統(tǒng)上，它們由電機(jī)、驅(qū)動(dòng)器和連接它們所需的電纜組成。為了滿足不斷減少自動(dòng)化系統(tǒng)尺寸的需求，機(jī)器制造商通常會(huì)花費(fèi)大量時(shí)間安裝電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器，并在配置中布線以減小所需的空間。

　　與單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組件相比，集成式電機(jī)通過(guò)將伺服或步進(jìn)電機(jī)與板載驅(qū)動(dòng)器和控制器相結(jié)合，可以節(jié)省大量空間。集成電機(jī)的設(shè)計(jì)，旨在減少系統(tǒng)中的組件數(shù)量、簡(jiǎn)化布線，相較于傳統(tǒng)設(shè)計(jì)，可以降低成本。通過(guò)改用集成電機(jī)，機(jī)器制造商可以釋放寶貴的空間，以更好地容納其它關(guān)鍵組件，例如傳感器、物料傳輸機(jī)構(gòu)和操作員界面等，同時(shí)減少機(jī)器的總體占地面積。圖1顯示了集成電機(jī)如何為運(yùn)動(dòng)控制應(yīng)用提供更整潔的設(shè)計(jì)。

　　圖1：左邊是200W的伺服電機(jī)和伺服驅(qū)動(dòng)器，帶有連接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器所需的電源和反饋電纜。右邊是一個(gè)200W的集成伺服電機(jī)，它整合了電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件，并提供相同的速度和轉(zhuǎn)矩性能。在機(jī)器設(shè)計(jì)中使用集成電機(jī)可降低復(fù)雜性并節(jié)省空間。本文圖片來(lái)源：AppliedMotion

　　集成式步進(jìn)電機(jī)（參見(jiàn)圖2）將驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備安裝在電機(jī)的背面，靠近反饋設(shè)備或沿著電機(jī)的一側(cè)。電源、通信和輸入/輸出（I/O）等電氣連接，也位于電機(jī)的背面或側(cè)面附近，通常在某個(gè)表面組合在一起。無(wú)需其它外部電子組件即可驅(qū)動(dòng)或控制電機(jī)。

　　圖2：將電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件組合在一起的集成式步進(jìn)電機(jī)的分解圖。

　　集成式伺服電機(jī)的結(jié)構(gòu)與之類(lèi)似，伺服驅(qū)動(dòng)器安裝在電機(jī)的后部，所有電子連接都組合在一起以便于操作。磁編碼器可以為伺服控制提供高分辨率的反饋信息。磁編碼器具有高分辨率、體積小而堅(jiān)固的特性。

　　集成式電機(jī)的優(yōu)勢(shì)

　　一般來(lái)說(shuō)，集成式電機(jī)具有以下4個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

　　1.更少的組件和簡(jiǎn)化的接線：驅(qū)動(dòng)和控制用電子設(shè)備與電機(jī)安裝在同一外殼中，因此集成電機(jī)不需要額外的電子設(shè)備用于控制。用于電源、通信和I/O的連接器易于訪問(wèn)。機(jī)器制造商可以將命令信號(hào)從中央處理器發(fā)送到集成電機(jī)。許多集成電機(jī)包括對(duì)工業(yè)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議（包括EtherNet/IP，Modbus和CANopen）以及諸如離散I/O接口等控制模式的板載支持。

　　2.更小的控制面板：通過(guò)消除單獨(dú)的驅(qū)動(dòng)器組件，大大減少了容納它們的控制面板的尺寸和數(shù)量。在某些情況下，系統(tǒng)根本不需要控制面板。

　　3.簡(jiǎn)化產(chǎn)品選擇：將電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器集成到一個(gè)單元中，有助于消除有關(guān)驅(qū)動(dòng)器/電機(jī)兼容性、電纜長(zhǎng)度和其它系統(tǒng)選擇問(wèn)題。

　　4.節(jié)省成本：由于簡(jiǎn)化了組件的選擇和安裝，可以節(jié)省時(shí)間成本；由于減少了系統(tǒng)組件的數(shù)量，可以節(jié)省材料清單費(fèi)用。

　　接線更簡(jiǎn)單

　　在例如，在傳統(tǒng)的4軸運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)中，使用了獨(dú)立的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件（如圖3所示）。安裝在控制面板內(nèi)的4個(gè)伺服驅(qū)動(dòng)器，以及直流電源和可編程邏輯控制器（PLC），必須連接到安裝在機(jī)器周?chē)?個(gè)伺服電機(jī)。每個(gè)軸上的就地開(kāi)關(guān)/傳感器需要額外的電纜才能連接回伺服驅(qū)動(dòng)器，總計(jì)需要12根電纜實(shí)現(xiàn)從控制面板到機(jī)器的連接。切換到集成式電機(jī)的運(yùn)動(dòng)控控制系統(tǒng)后，控制面板和軸之間的電纜減少到5根。

　　圖3：傳統(tǒng)的4軸運(yùn)動(dòng)控制設(shè)計(jì)，具有獨(dú)立的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件。

　　更小的控制面板

　　相同的4軸運(yùn)動(dòng)控制解決方案，但是用集成式電機(jī)取代單獨(dú)的伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件（如圖4所示）后，對(duì)組件、布線和控制面板的空間需求都減少了?？刂泼姘鍍?nèi)部?jī)H安裝了直流電源和PLC，從而減小了尺寸。在控制面板和軸之間不需要電機(jī)電源或反饋電纜。開(kāi)關(guān)/傳感器連接到集成電機(jī)，從而減少了返回控制面板的電纜數(shù)量。

　　圖4：等效的4軸系統(tǒng)具有集成的電機(jī)，而不是單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器。

　　僅需的電纜是從控制面板到軸的一根直流電源電纜和一根網(wǎng)絡(luò)電纜。集成電機(jī)上的雙端口通信連接可以使用菊花鏈網(wǎng)絡(luò)連接。此外，由于不需要使用單獨(dú)的伺服驅(qū)動(dòng)器，因此控制面板的尺寸減小了50％。

　　簡(jiǎn)化產(chǎn)品選擇

　　集成電機(jī)還簡(jiǎn)化了產(chǎn)品規(guī)格匹配和選擇。在選擇單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組件時(shí)，用戶會(huì)遇到以下問(wèn)題：

　　●哪種驅(qū)動(dòng)器最適合該電機(jī)？

　　●必須使用哪些電纜連接電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器？

　　●驅(qū)動(dòng)器是否支持我的編碼器類(lèi)型？

　　集成式電機(jī)消除了這些以及其它類(lèi)似的問(wèn)題，因?yàn)轵?qū)動(dòng)器已經(jīng)針對(duì)電機(jī)優(yōu)化了規(guī)格和配置，而且驅(qū)動(dòng)器和電機(jī)之間也不需要電纜連接。盡管這些細(xì)節(jié)看似瑣碎，但它們對(duì)用戶有切實(shí)的影響，可以簡(jiǎn)化產(chǎn)品選擇的過(guò)程。在大多數(shù)情況下，集成電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器比使用單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器便宜。

　　使用同等功率的集成式電機(jī)時(shí)，扭矩和速度與單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)組件基本相同。圖5比較了集成和非集成電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器的轉(zhuǎn)矩-速度曲線。在大多數(shù)應(yīng)用中，兩者的差異都幾乎可以忽略不計(jì)。

　　圖5：200W伺服電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器與200W集成伺服電機(jī)的轉(zhuǎn)矩速度比較。兩者之間的峰值轉(zhuǎn)矩、連續(xù)轉(zhuǎn)矩和額定速度的差異幾乎可以忽略不計(jì)。

　　集成電機(jī)的限制

　　集成式電機(jī)的好處是實(shí)實(shí)在在的，但并不是對(duì)每種應(yīng)用都是最佳選擇。目前可用的集成式電機(jī)可以使用現(xiàn)成的工業(yè)電源。在伺服系統(tǒng)中，其連續(xù)功率最高可達(dá)600W，步進(jìn)電機(jī)等級(jí)最高可達(dá)NEMA34。

　　連續(xù)提供超過(guò)600W（最高6kW）功率的集成式電機(jī)，需要直接為集成電機(jī)提供交流電壓，或者需要配置以安全方式生產(chǎn)高直流電壓的直流電源系統(tǒng)。

　　集成式電機(jī)中增加了轉(zhuǎn)換組件，使封裝的整體尺寸大得多，可能在一定程度上抵消了所節(jié)省的空間。復(fù)雜的高壓直流電源系統(tǒng)，也會(huì)增加成本，使產(chǎn)品選擇不再簡(jiǎn)便。由于這些原因，機(jī)器制造商在低于600W的應(yīng)用中采用集成式電機(jī)通常受益最大，在此類(lèi)應(yīng)用中最常采用的是現(xiàn)成的工業(yè)電源（一般為48V直流電壓）來(lái)為集成式電機(jī)供電。對(duì)于要求連續(xù)運(yùn)行功率超過(guò)600W的應(yīng)用，在大多數(shù)情況下，使用單獨(dú)的電機(jī)和驅(qū)動(dòng)器組件仍然是最佳選擇。

　　選擇集成電機(jī)時(shí)，要根據(jù)不同應(yīng)用的需求權(quán)衡其優(yōu)勢(shì)和不足。是否能夠節(jié)省空間和成本，簡(jiǎn)化產(chǎn)品選擇和實(shí)現(xiàn)應(yīng)用中的便利性，是在用集成式電機(jī)替換標(biāo)準(zhǔn)電機(jī)時(shí)需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題。（作者：EricRice）