與單獨的電機和驅動器組件相比，集成式電機通過將伺服或步進電機與板載驅動器和控制器相結合，可以節(jié)省大量空間。 集成電機的設計，旨在減少系統(tǒng)中的組件數(shù)量、簡化布線，相較于傳統(tǒng)設計，可以降低成本。通過改用集成電機，機器制造商可以釋放寶貴的空間，以更好地容納其它關鍵組件，例如傳感器、物料傳輸機構和操作員界面等，同時減少機器的總體占地面積。
許多工業(yè)應用在其制造、生產(chǎn)或機器人系統(tǒng)中，都依賴基于伺服或步進電機的運動控制器。傳統(tǒng)上，它們由電機、驅動器和連接它們所需的電纜組成。為了滿足不斷減少自動化系統(tǒng)尺寸的需求，機器制造商通常會花費大量時間安裝電機和驅動器，并在配置中布線以減小所需的空間。
與單獨的電機和驅動器組件相比，集成式電機通過將伺服或步進電機與板載驅動器和控制器相結合，可以節(jié)省大量空間。 集成電機的設計，旨在減少系統(tǒng)中的組件數(shù)量、簡化布線，相較于傳統(tǒng)設計，可以降低成本。通過改用集成電機，機器制造商可以釋放寶貴的空間，以更好地容納其它關鍵組件，例如傳感器、物料傳輸機構和操作員界面等，同時減少機器的總體占地面積。
圖1顯示了集成電機如何為運動控制應用提供更整潔的設計。
圖1：左邊是200W的伺服電機和伺服驅動器，帶有連接電機和驅動器所需的電源和反饋電纜。 右邊是一個200W的集成伺服電機，它整合了電機和驅動組件，并提供相同的速度和轉矩性能。 在機器設計中使用集成電機可降低復雜性并節(jié)省空間。
集成式步進電機（參見圖2）將驅動電子設備安裝在電機的背面，靠近反饋設備或沿著電機的一側。電源、通信和輸入/輸出（I/O）等電氣連接，也位于電機的背面或側面附近，通常在某個表面組合在一起。 無需其它外部電子組件即可驅動或控制電機。
圖2：將電機和驅動組件組合在一起的集成式步進電機的分解圖。
集成式伺服電機的結構與之類似，伺服驅動器安裝在電機的后部，所有電子連接都組合在一起以便于操作。 磁編碼器可以為伺服控制提供高分辨率的反饋信息。 磁編碼器具有高分辨率、體積小而堅固的特性。
集成式電機的優(yōu)勢
一般來說，集成式電機具有以下4個優(yōu)點：
1.更少的組件和簡化的接線：驅動和控制用電子設備與電機安裝在同一外殼中，因此集成電機不需要額外的電子設備用于控制。用于電源、通信和I/O的連接器易于訪問。機器制造商可以將命令信號從中央處理器發(fā)送到集成電機。許多集成電機包括對工業(yè)網(wǎng)絡協(xié)議（包括EtherNet/IP，Modbus和CANopen）以及諸如離散I/O接口等控制模式的板載支持。
2.更小的控制面板：通過消除單獨的驅動器組件，大大減少了容納它們的控制面板的尺寸和數(shù)量。在某些情況下，系統(tǒng)根本不需要控制面板。
3.簡化產(chǎn)品選擇：將電機和驅動器集成到一個單元中，有助于消除有關驅動器/電機兼容性、電纜長度和其它系統(tǒng)選擇問題。
4.節(jié)省成本：由于簡化了組件的選擇和安裝，可以節(jié)省時間成本；由于減少了系統(tǒng)組件的數(shù)量，可以節(jié)省材料清單費用。
接線更簡單
在例如，在傳統(tǒng)的4軸運動控制設計中，使用了獨立的電機和驅動組件（如圖3所示）。安裝在控制面板內(nèi)的4個伺服驅動器，以及直流電源和可編程邏輯控制器（PLC），必須連接到安裝在機器周圍的4個伺服電機。每個軸上的就地開關/傳感器需要額外的電纜才能連接回伺服驅動器，總計需要12根電纜實現(xiàn)從控制面板到機器的連接。切換到集成式電機的運動控控制系統(tǒng)后，控制面板和軸之間的電纜減少到5根。
圖3：傳統(tǒng)的4軸運動控制設計，具有獨立的電機和驅動組件。
更小的控制面板
相同的4軸運動控制解決方案，但是用集成式電機取代單獨的伺服電機和驅動組件（如圖4所示）后，對組件、布線和控制面板的空間需求都減少了。控制面板內(nèi)部僅安裝了直流電源和PLC，從而減小了尺寸。在控制面板和軸之間不需要電機電源或反饋電纜。開關/傳感器連接到集成電機，從而減少了返回控制面板的電纜數(shù)量。
圖4：等效的4軸系統(tǒng)具有集成的電機，而不是單獨的電機和驅動器。
僅需的電纜是從控制面板到軸的一根直流電源電纜和一根網(wǎng)絡電纜。 集成電機上的雙端口通信連接可以使用菊花鏈網(wǎng)絡連接。此外，由于不需要使用單獨的伺服驅動器，因此控制面板的尺寸減小了50％。
簡化產(chǎn)品選擇
集成電機還簡化了產(chǎn)品規(guī)格匹配和選擇。在選擇單獨的電機和驅動器組件時，用戶會遇到以下問題：
●哪種驅動器最適合該電機？
●必須使用哪些電纜連接電機和驅動器？
●驅動器是否支持我的編碼器類型？
集成式電機消除了這些以及其它類似的問題，因為驅動器已經(jīng)針對電機優(yōu)化了規(guī)格和配置，而且驅動器和電機之間也不需要電纜連接。盡管這些細節(jié)看似瑣碎，但它們對用戶有切實的影響，可以簡化產(chǎn)品選擇的過程。在大多數(shù)情況下，集成電機和驅動器比使用單獨的電機和驅動器便宜。
使用同等功率的集成式電機時，扭矩和速度與單獨的電機和驅動組件基本相同。 圖5比較了集成和非集成電機和驅動器的轉矩-速度曲線。在大多數(shù)應用中，兩者的差異都幾乎可以忽略不計。
圖5：200W伺服電機和驅動器與200W集成伺服電機的轉矩速度比較。 兩者之間的峰值轉矩、連續(xù)轉矩和額定速度的差異幾乎可以忽略不計。
集成電機的限制
集成式電機的好處是實實在在的，但并不是對每種應用都是最佳選擇。目前可用的集成式電機可以使用現(xiàn)成的工業(yè)電源。在伺服系統(tǒng)中，其連續(xù)功率最高可達600W，步進電機等級最高可達NEMA 34。
連續(xù)提供超過600W（最高6kW）功率的集成式電機，需要直接為集成電機提供交流電壓，或者需要配置以安全方式生產(chǎn)高直流電壓的直流電源系統(tǒng)。
集成式電機中增加了轉換組件，使封裝的整體尺寸大得多，可能在一定程度上抵消了所節(jié)省的空間。復雜的高壓直流電源系統(tǒng)，也會增加成本，使產(chǎn)品選擇不再簡便。由于這些原因，機器制造商在低于600W的應用中采用集成式電機通常受益最大，在此類應用中最常采用的是現(xiàn)成的工業(yè)電源（一般為48V直流電壓）來為集成式電機供電。對于要求連續(xù)運行功率超過600W的應用，在大多數(shù)情況下，使用單獨的電機和驅動器組件仍然是最佳選擇。
選擇集成電機時，要根據(jù)不同應用的需求權衡其優(yōu)勢和不足。是否能夠節(jié)省空間和成本，簡化產(chǎn)品選擇和實現(xiàn)應用中的便利性，是在用集成式電機替換標準電機時需要仔細考慮的問題。 （作者：Eric Rice）
——本文來源：控制工程網(wǎng)；本文圖片來源：Applied Motion
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