ダイレクト ドライブ モーターは、ほとんどのブラシレス DC モーターとほぼ同じように動作します。モーターのローターには磁石が取り付けられ、モーターのステーターには巻線が配置されます。巻線が通電されると、ローターの磁石を引き付けたり反発したりする電磁場が生成されます。巻線への電力の適切なスイッチングまたは整流により、制御された動作が生成されます。リニア ダイレクト ドライブ モーターとロータリー ダイレクト ドライブ モーターがありますが、ロータリー バージョンが最も頻繁に使用されます。
Direct drive motors with diameters of >1m are possible, able to produce a torque of >10、000んん。多くのダイレクト ドライブ モーターは「フレームレス」です。これは、ハウジング、ベアリング、フィードバック センサーなしで供給されることを意味します。これにより、機械製造業者やシステム インテグレーターは、ハウジング、シャフト、ベアリングの設計を合理化し、全体のサイズ、形状、重量、動的性能を最適化することができます。
設計エンジニアがダイレクト ドライブを選択する主な理由は、動的パフォーマンスと形状係数の 2 つです。カップリング、ギアボックス、ベルト、またはチェーンを扱うのではなく、ダイレクトドライブモーターが負荷に直接取り付けられるため、どの動作方向にもヒステリシス、バックラッシュ、または「ロストモーション」がありません。モーターがかなり平らで、中央に大きな穴があり、スリップリング、パイプ、ケーブルを通すことができるという設計上の利点を過小評価すべきではありません。
ダイレクトドライブアプローチには次のような利点があります。
優れた動的性能位置および/または速度の正確な制御
ガタつきや摩耗がない
高い信頼性部品点数が少なく、ギア、プーリー、シール、ベアリングなどが不要であるため。
コンパクト– 低い軸方向高さと大きなボアが実現可能
低トルクリップルまたは「コギング」
エネルギー効率中間の機械要素の損失をなくすことで
低い音響ノイズまたは自己誘起振動
メンテナンスが不要/メンテナンスが少ない
低い冷却要件有利な熱幾何学形状による
比較的大きなエアギャップ– 簡単な取り付けと耐衝撃性。
主な欠点は実際よりも認識されることが多く、ダイレクト ドライブ モーター (DD モーター) は従来のモーターよりも高価であると考えられています。これは単純な 1:1 の比較では真実であることが多いですが、より全体的な視点 (中間ギア、カップリング、メンテナンスの廃止、および全体的な機械的簡素化の削減を考慮) で見ると、ダイレクト ドライブ構成はおそらく次のとおりであることがわかります。驚くべきことに、多くのアプリケーションにおいて最適なコストとパフォーマンスのソリューションです。
直接駆動アプリケーションの古典的な例は、アンテナ システム (車載衛星通信など)、監視および CCTV カメラ、スキャナ、望遠鏡、電気光学、レート テーブル、レーダー システムなどのジンバルに見られます。 CNC工作機械、包装機器、ロボット工学、さらにはハイエンドレコードのターンテーブルにも応用されています。
ダイレクトドライブのボアがかなり小さい場合（<2") there is a wide choice of position feedback sensors based on optical, magnetic, capacitive, and inductive technologies. For larger bores, the primary options are frameless resolvers, ring encoders, and inductive encoders.
フレームレスリゾルバー
直径に比べて軸方向の高さが小さいレゾルバは、フレームレス レゾルバ、スラブ レゾルバ、またはパンケーキ レゾルバと呼ばれます。厳密に言うと、「フレームレス」とは、レゾルバのハウジングがなくなったことを意味しますが、多くのエンジニアは、高さが低く、直径が大きいレゾルバを指すときにフレームレスという用語を使用します。
ほとんどのレゾルバはブラシ付きではなくブラシレスですが、すべて変圧器の原理に基づいています。言い換えれば、誘導型角度センサーです。レゾルバのロータの位置がステータに対して変化すると、ロータとステータの間の電磁結合が変化します。これは、レゾルバの出力信号が励起信号または入力信号に対して正弦波状に変化することからわかります。
一部のレゾルバは、「シングル スピード」、「2 スピード」、「4 スピード」などと呼ばれます。これは、レゾルバの出力が 1 回転中に固有に変化する回数を指します。シングルスピード リゾルバの出力は 1 回転にわたって固有です。 2 速レゾルバの出力は、1 回転内の任意の 180 度にわたって固有です。 4 速レゾルバの出力は、1 回転以内の任意の 90 度にわたって固有です。
レゾルバは、安全関連の用途、特に民間航空宇宙分野で優れた実績を誇っています。これらは非常に頑丈で信頼性がありますが、かさばり、重く、カスタマイズが難しい傾向があります。
リングエンコーダ
リングエンコーダは、大型中空ボアエンコーダまたは大型貫通シャフトエンコーダとしても知られています。フレームレス レゾルバと同様、このような用語はすべて、直径に比べて軸方向の高さが小さいエンコーダを指します。リング エンコーダは通常、光学式または磁気式です。
光学式エンコーダは、LED 光源によって照らされた微細な格子または「スケール」の走査を使用します。回転式またはリニア式のスケールは、50-50 デューティ サイクルで配置された透明と不透明の「線」で構成されています。ディスク上の透明領域の数は、エンコーダの解像度を定義するスケール ピッチに対応します。センサーは入射光の強度に比例した電圧を生成します。センサーがスケールに対して移動すると、電圧が正弦波状に変化します。光学式エンコーダは高レベルの精度を実現しますが、比較的壊れやすく、汚染物質の影響を受けやすいです。
磁気エンコーダは多極マグネットトラックを採用しています。ホール効果または磁気抵抗センサーは、磁極がセンサーに対して移動するときの磁石磁束の変化を測定します。光学式エンコーダと同様にサイン信号とコサイン信号を生成できます。磁気エンコーダは頑丈でコンパクトで、非常にコスト効率が高くなります。ただし、磁場の影響を受けやすいです。解像度を制限するファインピッチの磁気トラックを生成することは困難です。再現性は、動作温度範囲にわたるヒステリシスと精度の変化によって損なわれます。磁気トラックは比較的脆く、衝撃に弱い場合があります。
誘導型エンコーダ
誘導エンコーダ (IncOder) は、レゾルバと同じ基本物理を使用しますが、光学式エンコーダと同じデジタル電気出力を提供します。これは、レゾルバと同じ堅牢性と信頼性を備えながら、使いやすい電気インターフェースを備えていることを意味します。
レゾルバとは異なり、動作に必要な電子機器はすべて IncOder のステータ内にあります。これは、電気インターフェースが通常、絶対角度または角度の変化を表すデジタル データ出力を生成する低電圧 DC 電源であることを意味します。
リング エンコーダとは異なり、IncOder の測定は 1 点だけでなく、ローターとステーターの平面全体にわたって行われます。これは、IncOder が非同心回転による誤差の影響をはるかに受けにくいことを意味し、そのため取り付けが比較的簡単になります。