Двигателите с директно задвижване работят почти по същия начин като повечето безчеткови DC двигатели. Магнитите са прикрепени към ротора на двигателя, а намотките са разположени върху статора на двигателя. Тъй като намотките се захранват, те произвеждат електромагнитни полета, които привличат или отблъскват магнитите на ротора. Подходящото превключване или комутация на захранването към намотките води до контролирано движение. Има линейни и ротационни двигатели с директно задвижване, но ротационните версии са най-често използваните.
Direct drive motors with diameters of >1m are possible, able to produce a torque of >10,000Nm. Много двигатели с директно задвижване са „без рамки“, което означава, че се доставят без корпус, лагери или сензор за обратна връзка. Това позволява на машиностроителите и системните интегратори да рационализират своя корпус, вал и дизайн на лагери, за да оптимизират цялостния размер, форма, тегло и динамична производителност.
Двете основни причини инженер-проектантът да избере директно задвижване са динамичната производителност и факторът на формата. Вместо да се занимава със съединител, скоростна кутия, ремъци или вериги, моторът с директно задвижване се прикрепя директно към товара, така че няма хистерезис, хлабина или „загубено движение“ във всяка посока на движение. Предимството на дизайна, което идва от двигатели, които са сравнително плоски с голям отвор в средата - позволяващ хлъзгащи пръстени, тръби и кабели да преминават през тях - не трябва да се подценява.
Предимствата на подхода с директно задвижване включват:
Отлично динамично представянеи точен контрол на позицията и/или скоростта
Без луфт или износване
Висока надеждностпоради ниския брой части и премахването на зъбни колела, ролки, уплътнения, лагери и др.
Компактен– с ниска аксиална височина и голям отвор
Ниска пулсация на въртящия моментили "набиване"
Енергийна ефективностот премахването на загубите в междинните механични елементи
Нисък акустичен шумили самопредизвикана вибрация
Без/ниска поддръжка
Ниски изисквания за охлажданеблагодарение на благоприятната топлинна геометрия
Сравнително големи въздушни междини– лесен монтаж и устойчивост на удар.
Основният недостатък често се възприема повече от действителния – двигателите с директно задвижване (DD Motors) често се смятат за по-скъпи от традиционните двигатели. Въпреки че това често може да е вярно при просто сравнение 1:1, един по-цялостен поглед (като се вземе предвид премахването на междинни предавки, съединители и поддръжка, както и намаляване на цялостното механично опростяване) показва, че схемите за директно задвижване са, може би изненадващо, оптималното решение за цена и производителност в много приложения.
Класически примери за приложения с директно задвижване се намират в карданни системи като антенни системи (напр. сателитни комуникации, монтирани на превозно средство), камери за наблюдение и видеонаблюдение, скенери, телескопи, електрооптика, тарифни таблици и радарни системи. Има също така приложения в машинни инструменти с ЦПУ, опаковъчно оборудване, роботика и дори грамофонни плочи от висок клас.
Ако отворът на директното задвижване е сравнително малък (<2") there is a wide choice of position feedback sensors based on optical, magnetic, capacitive, and inductive technologies. For larger bores, the primary options are frameless resolvers, ring encoders, and inductive encoders.
Резолвъри без рамка
Резолвер, чиято аксиална височина е малка в сравнение с диаметъра му, може да се нарече безрамков резолвер, пластинчат резолвер или палачинков резолвер. Строго погледнато „без рамка“ означава, че корпусът на резолвера е премахнат, но много инженери ще използват термина без рамка, когато се отнасят за резолвер с малка височина и голям диаметър.
Повечето резолвери са по-скоро безчеткови, отколкото четкани, но всички са базирани на трансформаторни принципи. С други думи, те са индуктивни ъглови сензори. Тъй като позицията на ротора на резолвера варира спрямо неговия статор, електромагнитното свързване между ротора и статора варира. Това може да се види, тъй като изходните сигнали на резолвера варират синусоидално спрямо възбуждащия или входния сигнал.
Някои резолвери се наричат „едноскоростни“, „двускоростни“, „четирискоростни“ и т.н. Това се отнася до броя пъти, когато изходът на резолвера уникално варира за 1 оборот. Изходът на едноскоростния резолвер е уникален за 1 оборот; изходът на двускоростния резолвер е уникален за всеки 180 градуса в рамките на 1 оборот; изходът на четирискоростния резолвер е уникален за всеки 90 градуса в рамките на 1 оборот и т.н.
Резолверите имат отличен опит в приложения, свързани с безопасността – особено в гражданското космическо пространство. Те са изключително здрави и надеждни, но обикновено са обемисти, тежки и трудни за персонализиране.
Ринг енкодери
Пръстеновите енкодери са известни също като енкодери с голям кух отвор или енкодери с голям проходен вал. Както при резолверите без рамки – всички тези термини се отнасят за енкодер, чиято аксиална височина е малка в сравнение с неговия диаметър. Пръстеновите енкодери обикновено са оптични или магнитни.
Оптичният енкодер използва сканирането на фина решетка или "скала", осветена от LED източник на светлина. Скалата, ротационна или линейна, е направена от прозрачни и непрозрачни „линии“, които са подредени в 50-50 работен цикъл. Броят на прозрачните области на диска съответства на стъпката на скалата, която определя разделителната способност на енкодера. Сензорът генерира напрежение, пропорционално на интензитета на падащата светлина. Когато сензорът се движи спрямо скалата, напрежението се променя синусоидално. Оптичните енкодери осигуряват високи нива на прецизност, но са относително крехки и податливи на замърсители.
Магнитният енкодер използва многополюсна магнитна писта. Сензорът, с ефект на Хол или магниторезистивен, измерва промяната в магнитния поток, когато магнитните полюси се движат спрямо сензора. Синусовидни и косинусови сигнали могат да бъдат генерирани както в оптичния енкодер. Магнитните енкодери са здрави, компактни и могат да бъдат много рентабилни. Те обаче са податливи на магнитни полета. Трудно е да се произведе фина разделителна способност на магнитната писта. Повторяемостта е компрометирана от хистерезис и промени в точността в работния температурен диапазон. Магнитната писта е относително крехка и може да бъде податлива на удар.
Индуктивни енкодери
Индуктивните енкодери (IncOders) използват същата фундаментална физика като резолверите, но предлагат същите цифрови електрически изходи като оптичния енкодер. Това означава, че те предлагат същата здравина и надеждност като резолвера, но с лесен за използване електрически интерфейс.
За разлика от резолвера, цялата електроника, необходима за работа, е вътре в статора на IncOder. Това означава, че електрическият интерфейс обикновено е захранване с постоянен ток с ниско напрежение, което произвежда изходни цифрови данни, представляващи абсолютен ъгъл или промяна в ъгъла.
За разлика от пръстеновидния енкодер, измерването на IncOder не се прави само в една точка, а по-скоро през пълните планарни повърхности на ротора и статора. Това означава, че IncOders са много по-малко податливи на неточности от неконцентрично въртене, което прави инсталирането им относително лесно.