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轮毂电机选型

常见的轮毂电机属于直流无刷电机,控制方式和伺服电机类似,但是轮毂电机和伺服电机的结构又不完全一样,这就导致寻常的用于选型伺服电机的方法不能完全适用于轮毂电机,接下来,一起看看如何选择合适的轮毂电机。

轮毂电机按结构命名,常称外转子直流无刷电机,同伺服电机不同的地方在于,它的转子和定子的相对位置不同,见名知意,轮毂电机的转子位于定子外围,所以相较于伺服电机,轮毂电机能产生更大的扭矩,这就决定了轮毂电机的应用场景应当是低速大扭矩的机器上,如现今火热的机器人行业。

在设计伺服系统时,当选定了伺服系统的类型以后,需要选定执行元件。对于电气式伺服系统来说,就是要根据伺服系统的负载情况,确定伺服电机的型号,这就是伺服电机与机械负载的匹配问题,即伺服系统的动力方法设计。伺服电机与机械负载的匹配主要是指惯量、容量和速度的匹配。但在伺服轮毂选型中,功率的意义被弱化,最重要的指标是伺服轮毂电机的扭矩及转速,不同的载重、不同的应用情景,如何对扭矩及转速进行选型呢?

1. 轮毂电机的重量

一般服务机器人会以重量来进行选型,这里的重量指的是服务机器人总重(机器人自重+负载重量),一般我们需要先确定好总质量后才可以进行选型。电机的重量确定下来,基本上常规的参数如扭矩就确定了,因为重量限制了内部磁部件的重量,从而影响电机的扭矩。

2. 过载能力

爬坡角度及越坎能力也是服务机器人选型的一个重要指标。爬坡时,会有重力的分力(Gcosθ)使得服务机器人需克服做功,此时需要输出更大的扭矩;同理,越坎也会形成一个倾斜角同样需要克服重力做功,所以伺服轮毂的过载能力(即最大扭矩)会极大的影响越坎能力。

3. 额定转速

此处强调额定转速这个参数的意义在于,不同于常规电机的使用场景,如伺服系统常用电机+减速器来获取更大的扭矩,轮毂电机的扭矩本身就大,那么使用超过其额定转速时所对应的扭矩将造成更大的损耗,导致电机过热甚至损坏,所以需要关注其额定转速,通常控制在其1.5倍以内的能力下使用可以获得最好的效果。

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