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令人大開眼界的無刷馬達
了解後讓您獲益無窮!
令人大開眼界的馬達速度控制
在小型速度控制馬達的領域中,無刷馬達的存在感似乎是若有若無。
即使是在能讓它大展身手的場面,也經常存在於變頻器驅動的三相馬達或伺服馬達這兩強的陰影之下。
因此,這次的介紹將焦點鎖定在無刷馬達不為人知的驚人實力。
關於這個特點,讓我們透過變頻器和伺服馬達的速度控制進行比較,來詳細解說它的用途如何讓您獲益無窮吧!
變頻器?伺服馬達?速度控制你選哪一種?

每當提到使用小型馬達的速度控制,通常會想到的是「透過通用變頻器控制三相感應馬達」的方式。特別是搬運系統,若長期來看的話,這樣的組合「可自由設定驅動速度、保留可變更的空間」,或許是理所當然的選擇。

沒錯,變頻器是一般最常見的選擇。但是,它是否能真正因應以下不滿或需求呢?例如,「配合工作物的變化(重量或黏性),每次再調整速度並非理想的做法」、「希望工程中儘量以高速搬運,檢查中則希望以低速搬運」、「為使多台的速度同步驅動,必須在速度上完全配合。但是,這非常麻煩」等等的疑問。

這時或許會聽到這樣的建議:「 那就採用伺服馬達啊」 , 關於這一點, 讓我們再稍微探討一下吧!

速度、轉矩不足時,將馬達升級為伺服馬達應該是不錯的選擇。但是,相較於以變頻器驅動三相馬達的場合,伺服系統成本過高則是個大問題。速度的穩定性和多台同步的問題也是改用伺服馬達即可解決,但是如果考慮到與成本的平衡,有時我們或許不得不做出妥協。那麼,是否有可以兼顧使用便利性與成本的產品呢?

事實上在此時,有個非常有效的第三選項, 那就是「無刷馬達」 。似乎許多人都沒聽說過它,以下就來說明無刷馬達作為速度控制馬達的定位,同時解說從規格面來看,與使用變頻器和伺服馬達的速度控制有何不同,以及區分使用的要點等,希望各位藉此機會加深對這些馬達的認識,學會聰明的選用技巧。

具有類似伺服馬達的性能,價格卻與變頻器差不多?何謂第三個選項「無刷馬達」

 簡單來說,無刷馬達就是定位於變頻器與伺服馬達之間的馬達, 也就是說,無刷馬達是一種「 速度控制專用馬達, 價格與變頻器一樣實惠, 亦可進行與伺服馬達同樣的速度控制」的馬達。以下就讓我們依序為大家進行說明。

開回路變頻器控制的缺點

變頻器所進行的控制,是不會將馬達運轉狀況回授給驅動器的開回路控制。在開回路當中,每當負載變動時,實際速度並不會追隨指令。所以,速度因負載而變動,或是多軸速度不易同步,正是基於這個原因。此外,由於三相馬達原本的轉矩特性是低速區間與高速區間的轉矩落差極大,因此難以同時達到目標的速度與轉矩。三相馬達對於持續以相同速度運轉的用途是沒有問題的,但若是想要以低速至高速各種速度區間多段速運轉的用途,此類型的馬達則不太適用。

優異的速度特性——閉回路的伺服馬達與無刷馬達

 另一方面,提到伺服馬達與無刷馬達,除了皆採用PM馬達(轉子使用永久磁鐵)外,都是透過將馬達運轉狀況回授給驅動器的系統,進行閉回路控制。因此,此類型的馬達對指令的追蹤性高,亦可使雙軸的速度同步,無論是低速或是高速,皆可發揮轉矩平穩的特性。此外無論何種指令速度,即使負載產生變化,驅動速度仍可保持穩定,因此二者皆適用於變頻器馬達無法順利運轉的用途。

萬能&高價 VS 專用&低價——伺服馬達與無刷馬達的差異

當然,伺服馬達與無刷馬達也是有差異的。簡而言之,就是「可以高性能且萬能的控制」或是「僅進行速度控制」的不同。

伺服馬達是在馬達上配備編碼器,可實現高精度且正確的位置控制和速度控制,以及轉矩控制,可說是一種萬能型馬達。這種馬達的效能會因編碼器的解析度而有所不同,而精密的編碼器是伺服馬達構成要素中相當高價的元件。

另一方面,無刷馬達則是以速度控制為主要功能。霍爾IC(檢知器)亦能夠實現十分高精度的速度控制。霍爾IC比編碼器的結構簡單,而且價格也比較實惠。也就是說,由於主要功能為速度控制,與萬能的伺服馬達相較之下,價格是可以壓低的。

在這裡順帶一提,以搬運系統所必要的減速機來說,情況也是一樣。無刷馬達和三相馬達大致相同,可使用小型且平價的平齒輪減速機標準品。然而可進行高精度定位的伺服馬達,一般係組合採用行星齒輪機構的高精度、高強度減速機,價格自然較高。在以速度控制為主要功能,或是萬能型馬達兩種選擇之間,其差異也顯現在此處。

因此,小型速度控制馬達的選擇,並不是在三相馬達的變頻器控制或伺服馬達二者當中擇一。希望這次的介紹,能讓大家記住在這兩者之間, 另有「 無刷馬達」這個相當實用的選項。

可進行速度控制,無需調整、小型、節能...的無刷馬達

無刷馬達以速度控制為主,其優點不光是「可以實惠的價格,實現高精度的速度控制」。

其與變頻器控制的三相馬達相比,尺寸較薄,且具有高轉矩。此外,馬達內藏高效率的永久磁鐵,具壓倒性的節能效果。

特別值得一提的是,無需調整,可立即輕鬆啟動。速度控制為無刷馬達的主要功能,不同於變頻器和伺服馬達,您無需進行參數設定和調整即可立即使用,省時又省力。

此外,不同於變頻器和伺服馬達,無刷馬達的特點在於可選擇由AC或DC輸入電源,控制、操作介面種類豐富多元,且產品種類齊全,可滿足直覺操作、網路利用、電池驅動、馬達回路一體型等多樣化需求,提高設計的自由度。

前面我們針對可進行速度控制的馬達與回路,以變頻器和伺服馬達為例,展開了說明。接著,下表提供有選擇馬達時需考量的幾項要點,供您比較參考。透過比較您可了解,無刷馬達也是一項不錯的選擇。

小型產業用馬達(1W~750W左右)中速度控制用途馬達之比較