力矩电机用途

力矩电机技术及其应用

北京伊贝格技术有限公司邵传伟

西泰克（CyTec）公司的名字是最近几年随着力矩电动机双摆头一起进入中国市场的，CyTec凭借其独特的力矩电动机直接驱动专利技术，以及外转子力矩电动机技术，这个只有200人的德国小公司，让机床行业深深记住了他的名字，也让电动机行业的几大工业巨人深深地栽了一个跟斗。除了双摆头CyTec的产品还包括系列化的力矩电动机转台

一、力矩电动机基本知识

力矩电动机Torque Motor, 也有人翻译为扭矩电动机，它本质上是低速大扭矩的伺服电动机，与我们熟悉的伺服电动机分类相同，分为直流、无刷直流、正弦交流交流几种；为提高扭矩，力矩电动机的极数较多，所以转速一般只有一百转到几百转，以下是西泰克（CyTec）力矩电动机与普通伺服电动机参数的比较（见表１）

表１

由以上参数可以看出，力矩电动机额定电流很小，用很

小的伺服模块就可以驱动扭矩很大的力矩电动机力矩电动机

的结构形式，由外转子、内转子两种；内转子结构有明显优

势因为相同扭矩的电动机体积可以更小，在机床行业，相同

的性能，体积小就有很大的优势Cy Te c采用的是外转子结构（见图１）。

图１ CyTec 外转子机构的力矩电机

力矩电动机其实是一种很早就有的技术，我所了解的力矩电动机最早的应用是导弹上的陀螺电动机，但扭矩相对很小，在机床上的应用是最近10年才出现的。随着高速加工技术的发展，市场需要一种高精度、高加速度的旋转机构，而齿轮或蜗轮蜗杆传动，事实证明是达不到要求的。随着交流伺服技术的进步，力矩电动机的扭矩很快达到了实用的程度，力矩电动机直接驱动在机床上很快得到了应用。

二、力矩电动机直接驱动是实现高速高精度旋转运动的最佳选择

图２力矩电动机直接驱动的摆头

机床上的旋转运动，例如摆头和转台（见图２和图３），传统的解决方法是采用伺服电动机蜗轮蜗杆或齿轮实现，这种方式的缺点也很明显：首先是磨损，机械部件长期连续运行的磨损是不可避免的，尤其是蜗轮蜗杆转台的耐用性是很大的问题，精度保持性很差；其次是速度与加速度低，在加工高速曲面时，如果旋转轴的速度低于曲面的加速度，就会出现过切现象。

图３采用力矩电动机的双轴转台

力矩电动机的转子直接驱动旋转部件的运动，它没有中间的传动环节，是一种不接触的传动，没有反向间隙，没有磨损，配合高精度编码器，可以实现编码器级别的精度；力矩电动机一般可以实现60r/min的转速，这对摆动机构来说，已经是很高的速度了。

都采用±2.5”的编码器反馈情况下, 力矩电机与齿轮、蜗轮蜗杆传动的比较（见表２）：

表２

力矩电动机蜗轮蜗杆齿轮

定位精度±3” ±10” ±7”

速度360°/s 60°/s 120°/s

加速度1300°/s² 300°/s² 400°/s²

精度保持性精度不变精度易损精度保持性较好

摆动扭矩小中大

三、力矩电机的应用

采用力矩电机的机床部件，主要有摆头和转台，图４为这两种产品的典型结构图。

图４

CyTec的产品在国内主要用于五轴龙门铣摆头、卧式工中心转台、齿轮磨床、叶片磨床摆动轴、曲线磨床头架、万能磨床砂轮架转位等（见图５、图６）。

图５采用力矩电动机摆头的五轴龙门铣

图６采用双轴力矩电机转台的叶片磨床

图７卧式加工中心转台

图８落地镗床

四、力矩电动机的发展与应用走向

力矩电动机在国外已是成熟产品，国内尚处于萌芽状态。采用力矩电动机的产品目前在国内应用还不是很多，价格是最大的制约因素，其次受制于某些系统参数不开放。降低价格最好的办法是提高产量；目前国内已有几家公司在致力于力矩电动机的生产，会迫使国外产品降价，从而推动消费市场。

国外产品的研制生产体制可以借鉴，例如Cy Te c与Ac he n大学合作，成立专门的力矩电动机研究机构，将技术直接注入企业去生产，企业将利润返回研究机构作进一步的研究。

C y Te c之所以能够与一些大企业抗衡，主要是由于有Ac h en 大学这样一个技术背景。