EZmotion：下一代高度集成电机

简介

传统电机通常体积庞大、价格昂贵且结构复杂，因为它需要整个系统中多个独立组件之间的协作。由于组件较多，传统解决方案需要进行大量测试来调整系统配置并确定基本参数。集成智能电机的引入则简化了这个繁琐的过程。它更加紧凑，所需空间和缆线都比传统电机更少，而且还可以通过图形用户界面（GUI）实现自动配置和更新。

本文将介绍集成电机解决方案的基础知识，并重点介绍一体式伺服电机。我们还将探讨使用EZmotion MMS757xxx系列集成伺服电机的益处及其推荐应用场景。该系列集成伺服电机可为多种应用提供高达188W的功率。

集成电机

传统电机系统包括了电机、控制器、驱动电源、反馈器件以及复杂的电缆网络，设计人员通常需要花费大量时间来确定电机、驱动器、电缆和电路之间的最佳配置。这些额外的测试增加了设计成本并延长了上市时间。此外，传统电机系统尺寸较大，有可能让其他关键组件无法安装到有限的空间中。

相比之下，集成智能电机仅需三个基本组件：电机、控制器和反馈器件（见图1）。这种电机可以根据一些主要标准进行选择，例如尺寸、功率、IP等级、连接类型及其通信协议类型。

图1：集成解决方案与传统解决方案

以伺服电机为例，典型的伺服电机由控制电路、电机和位置编码器组成。EZmotion提供的一体式伺服电机则集成了控制电路、功率级和位置传感器。这些集成解决方案可以直接连接至人机界面（HMI），无需传统解决方案所需的额外连接器以及微调，例如单独的伺服驱动器、光学编码器和伺服电机。

另外还有一种采用步进电机的集成解决方案。步进电机体积更小，采用开环控制，且不需要反馈器件。本文将重点介绍智能一体式伺服电机。

集成电机的优势

集成电机减少了外部组件数量、降低了成本，并缩短了上市时间。传统配置将驱动电路与电机分开，因此电机占位面积较小。集成配置往往较重且电机占位面积较大，但整体占位面积更小，可以为传感器等外部器件的选择提供更大的灵活性。除此之外，集成电机还减少了电缆的占位面积，并将电路移至电机内，从而释放了面板空间（减少了端模块连接、驱动器装置以及冷却和散热系统）。

高可靠性是集成电机的主要优势之一，因为其组件少、连接也少。传统系统则依赖于系统中每个独立的部件，每个部件都有自身可能出现的故障，一个部件发生故障将可能影响整个系统。这就需要额外的测试来确定哪个部件发生了故障，并需要额外资源来解决故障。集成电机发生故障后，需要测试和/或更换的部件也很少。

除此之外，非集成电机还需要引出至少两根电缆，以通过系统为电机和传感器供电，电缆长度可达20或30英尺。如果需要的电缆更多，系统会更加复杂且占用大量空间。如果使用集成电机，设计人员则只需为每个电机提供电源和通信接口。更少的电缆以及电机、反馈和驱动器之间更短的电缆距离还有助于减少噪声和功耗。

对很多用户来说，首次调试伺服系统可能较为困难。调试过程需要大量的准备工作。在系统连接完成并通电后，需要调试才能使电机正常运行。采用EZmotion的集成伺服电机，用户可以使用自动调谐功能在几秒钟内得到一个可运行的系统（见图2）。一旦输入基本参数，EZmotion的MotionLab软件将计算其余参数，避免了可能耗时且昂贵的测试过程，从而简化整体设计流程。

图2: MotionLAB-参数

集成电机适合的应用

集成电机可应用于非常广的领域，其中包括：

1. 纺织：需要在数千次迭代中保持一致的纺织业通常需要大型机械。纺织机械依赖于多个电机的协调运作，这些电机必须实现精确的定位和超高速度，才能满足产出要求。集成电机为这类要求高精度的系统提供了紧凑的解决方案。

图3: 纺织机械

2. 医疗：高精度电机控制解决方案在医疗行业中也非常受欢迎，因为它们高效、紧凑、精确而且安静。集成电机可以应用于各种医疗设备，例如成像和诊断设备、药剂分配器、电动轮椅和手术机器人。

3. 打印：集成电机还可以应用在3D打印中，因为它们可以在三个线性自由度（X、Y和Z）上提供精确的多轴运动。这在打印复杂产品和组件时尤其有用，它可以避免因单次失误而导致打印过程的重启，从而浪费时间和资源。

4. 机器人：自动导引车 (AGVs) 等机器人也非常适合采用集成电机，通过其小尺寸封装实现精确的电机控制和智能自动调谐，同时有效利用运动过程中产生的能量。

EZmotion集成电机

EZmotion提供两个系列的 一体式伺服电机，分别具有两种框架尺寸：采用42mm（NEMA 17）电机的MMS742xxx系列和采用57mm（NEMA 23）电机的MMS757xxx系列。两个系列都集成了无刷直流（BLDC）电机驱动模块（见图4）。

图4: 一体式伺服电机

MMS742xxx和MMS757xxx系列具有的高位置精度和快速响应非常适合索引应用；而在任意速度下具有的稳定扭矩则适用于步进定位/索引应用以及材料处理应用。为了获得最佳性能，建议选择功率输出匹配应用要求的器件。

表1对两个系列产品之间的差异做出了总结。

表1: 一体式智能伺服电机

下面将详细描述其中的部分特性。

控制接口

用户可以选择带步进/方向、I/O或者RS-485接口的一体式伺服电机。如果选择I/O接口，则需要将I/O接口与信号源（例如按钮）物理连接。该信号可用于多种目的，例如启动或停止电机。

对于大多数应用，步进/方向接口是典型的电机控制方法。用户可以用输入脉冲推进电机，并用方向信号来确定方向。

RS-485接口是一种用于向设备发送和接收数据的串行通信接口。RS-485接口允许集成多个电机和器件，例如触摸面板、PLC和计算机。通过RS-485接口不仅可以控制电机，还可以更改参数并获取反馈信息。

控制接口及其相关参数可以通过MotionLab软件来设置（见图5）。

图5：使用MotionLab软件设置控制接口

控制模式

EZmotion一体式智能伺服电机支持三种控制模式：

1. 轮廓位置（PP）：PP控制模式使电机移动到相对于上一个目标位置或最新参考位置的位置。

2. 轮廓速度（PV）：PV控制模式使电机达到目标速度并继续以该速度运行。

3. 轮廓扭矩（PT）：PT控制模式提供一个恒定的扭矩，该扭矩由目标扭矩和扭矩变化率生成。

结语

随着业界越来越青睐能够提供高功率、高精度和出色效率的紧凑型解决方案，智能集成电机因其在空间受限系统中所具有的快速通信、可配置性和动态性能而变得愈加流行。在提供更高可靠性的同时，集成电机还具有相较于传统电机更低的成本。

EZmotion的 一体式伺服电机能够帮助您轻松获得满足应用需求的集成电机。