机器人技术中的功率密度

这是一个关于转矩的问题——无论是管路管道检测机器人、灾区救援机器人或是人形机器人，它们都有一个共同点：都是可以为人类提供帮助的移动机器人。在这里，我们会详细介绍这类机器人对于驱动装置技术的要求。

对于移动机器人驱动装置的基本要求之一便是高功率密度。对机器人来说，这通常意味着高转矩，并且占用的空间应该尽可能小。就转速而言，在机器人技术中，即使是执行快速运动，最高1000 rpm的转速通常已经足够。

DC电机：高功率密度

在要求高功率密度时，DC电机通常是首选。这类电机具有较高的启动转矩，是各种加速应用的理想选择。DC电机的典型示例便是带和不带电刷的“空心杯”maxon电机。它们的效率非常高。这些高速电机通常外形修长，转矩也相对较低。为了实现机器人技术中要求的高转矩，电机需要与齿轮箱组合使用。

如果需要执行高力线性运动，可以通过适当的机械设计和高减速比来实现，而不需要放弃高速电机的优势。比如小螺距丝杠和配备小型偏转皮带轮的导线驱动装置就是其中的典型示例。

多极电机：转矩更高

通过增加磁极数量可以获得更高的转矩。maxon EC-4pole电机便是多极电机的入门款型。在这种情况下，额外的磁极也意味着设计和组装更为复杂。配备开槽铁芯的传统型无刷DC电机通常设计为多极，因此可以在较高的转矩下实现较低的转速。

机器人技术驱动装置：需要小型动力组件 对于机器人技术应用中需要的电机而言，有三个方面至关重要：高效率、高动态和高功率密度。

EC盘式电机：  功能强大且价格极具吸引力

maxon的多极盘式电机最能满足机器人技术的各种要求。这些外部转子电机可以在距离旋转轴最远的位置处生成动力，从而在中等转速下产生相对较高的功率密度。但是，由于转子惯量很高，这会限制其动态性能。水下清洁机器人Hullbug是盘式电机的一个应用示例。采用铁芯的传统多齿绕组以及使用一步磁化的各向同性永磁环，进一步降低了EC盘式电机的制造成本。另外也免去使用单个部件组装成永磁环的复杂过程。

EC90 flat盘式电机的正面和背面视图。水下清洁机器人Hullbug是盘式电机的一个应用示例。

转矩电机：极数多，但价格昂贵

转矩电机是多极电机的一个示例：配备空心轴的低速、高转矩电机。它们通常只由转子和定子组成，在设计时就直接整合到应用中，这样就不需要齿轮箱、皮带、联轴器或轴承。这些直接驱动装置没有空程差，通常用于具有精确控制的动态应用。线性驱动装置是一种特殊情况。由于极数较多，转矩电机需要较高的开关频率。其生成的热量也必须通过水冷方式进行散热。

尽管转矩电机完美满足机器人技术应用中对转矩和动态性能的要求，但由于缺乏标准化以及会对设计产生深远影响，从而使它们的使用成本很高。因此，模块化、灵活的电机齿轮箱组合还是机器人技术的首选解决方案。电机型号和设计必须根据对功率、空间和（最重要的）成本的具体要求进行选择。

高转矩电机 转矩电机能完美满足机器人技术应用中对转矩和动态性能的要求。