驅動系統——跨領域合作成果豐碩

驅動技術是機械、機器人和手持裝置性能的基本構件。然而，除了設計和馬達的選擇以外，還有許多必須考量的因素。跨領域的思考方式、專業的工程知識、深厚的經驗以及確實瞭解需求，這些都是重要關鍵。

任何技術上的進步都應專注在應用上。在某些時候，改良的性能特性或新的技術必須帶來更好的品質和/或降低成本。對於機器驅動技術和手持裝置而言，這代表的是：

• 更優異的動態性能可提高產量。
• 更快速的驅動控制可提升精度和產品品質。
• 更高效的驅動系統可改善整個系統的能源效率。

為了能達成這些目標，在選擇驅動系統時，必須考慮到應用的整體環境和具體要求。

整體局面

在制定驅動系統的規格並進行最佳化配置時，必須考慮到終端系統（可以是機械、機器人或是手持裝置）的技術和商業需求，並正確訂立優先順序。有時很容易忽略大局，只單方面關注與自己專業領域相關的動機。一般來說會在工程設計過程中選擇驅動方式。然而，驅動解決方案的性能、成本和限制，都會受到許多因素和其他系統元件的影響。因此，在構思和形成概念階段期間，善用不同領域專家的專業知識非常重要。

專業聯手

從概念設計到在大量製造中實際施行的整個期間，系統方法和跨領域合作是兩個必須考慮到的關鍵成功要素。通常情形下，一個企業內部不太可能一視同仁地涵蓋所有專業能力。這時，具有廣泛經驗的外部合作夥伴便能為更寬廣的跨領域思想交流提供很好的機會。在理想的情況下，合作夥伴也能夠負責部分系統的開發和製造，以降低開發風險和加快上市時間。

maxon = 驅動系統和工程設計

擁有 50 多年的經驗以及全球超過 2800 位員工，maxon 的知識範疇遠遠超出「純」驅動馬達。憑藉自家的內部開發和製造能力，maxon 的產品組合涵蓋了無刷和有刷 DC 馬達、減速機、主軸、編碼器、馬達控制器、主控制器和電池管理系統。maxon 的元件和客製化驅動系統被應用在機器人技術、醫療和實驗室工程、工業自動化、汽車工業以及從地球到火星的航太應用中。在這麼多專案計劃中，關鍵因素不僅在於廣泛的產品組合，還在於 maxon 應用團隊的跨領域合作和深厚經驗，以及開發全新驅動解決方案的能力。maxon 的各方專家，包括馬達、減速機、電子裝置和控制系統等領域，都在初期階段便加入並共同討論想法，而且他們都很熟悉各個特定應用領域的要求。當我們看看每個元件及其影響因素，就會很清楚知道，為什麼涵蓋不同領域的專業知識對於一套驅動系統具有如此決定性的意義了。

從整體到細節：焦點：主控站

頂層「智慧」，也就是主控站，將運動指令傳輸到馬達控制器並查詢過程資訊（例如轉矩、轉速、位置、狀態）。

• 主控站和馬達控制器之間如何分享任務，對於評估所需性能以及主控站、馬達控制器和通訊介面的選擇非常重要。
• 如果機器需要快速的資料交換循環（例如每毫秒），那麼就需要一個具有即時作業系統（例如 PLC）和高速介面（例如 CAN、EtherCAT）的主控站。
• 若是能在馬達控制器中預先配置複雜的動作序列並自主執行，則使用一台 PC（常見於實驗室自動化）或是一個微型控制器（像是用於手持裝置，例如工業自動化或醫療機械設備中的螺絲起子和電鑽）便已足夠。

maxon：DC/BLDC 馬達和位置控制器。

焦點：馬達控制器

馬達控制器是頂層主控站和馬達以及反饋裝置（例如編碼器）之間的連結。控制器和功率級用來將電流、轉速和位置指令轉換為馬達相位裡的電壓和電流。

• 快速的控制器循環和複雜的演算法實現了精確動態的驅動運動。
• 最先進的功率級能夠提供快速加速所需的尖峰電流，能源效率非常高。內建式馬達和信號濾波器改善了電磁相容性（EMC）和抗擾性

焦點：編碼器

轉速調節和位置控制需要反饋裝置（所謂的編碼器或線性標度），以便回傳有關馬達和／或輸出軸實際位置的資訊。

• 這類編碼器的解析度和位置決定了理論上的定位精度限制。

焦點：馬達

馬達將電能轉換為機械能，例如運動和轉矩。

• 具高超載能力的 DC 或 BLDC 馬達可以採用小巧精實的設計，因為高轉矩可用於短時間的動態加速階段。
• 低轉子慣性的馬達會降低轉子加速所需的轉矩，因而提高能源效率和動力。
• 因此，馬達的高效率將改善整體能源效率，並且減少發熱，對於手持裝置尤其是重要因素。

焦點：減速機

減速機和機械組件的精確度、齒隙、彈性和效率…

• … 決定了輸出定位的精確度。
• … 會影響動力，例如到達目標位置並穩定之後的時間。
• … 對於能源效率有重大影響。

挑戰：整合

為了能將所有元件整合成一個盡可能精簡的單元，必須考慮到在負載之下相互加熱的熱行為。為了避免代價高昂的重新設計，應該早在概念驗證階段就完成電動馬達和電子裝置的工作點計算和熱評估。

挑戰：電池運轉

電池驅動的應用需要有關能源效率最佳化和電池管理方面的專業知識。

maxon 門驅動模組：BLDC 馬達、減速機、編碼器、位置制器整合成一個精實的單元。

範例：內嵌式門驅動模組

每天都有數十億人搭乘電梯。除了主驅動裝置之外，電梯還需要體積精簡的門驅動模組，才能安裝在門上方狹小的空間內。「智慧」驅動模組能經由匯流排系統接收開門和關門指令。這些驅動模組必須能夠可靠地執行這些指令，並且符合嚴格的安全規定。

maxon 與領先業界的電梯製造商共同合作，開發出了門驅動模組，能夠推動重達 400 kg 的電梯門。這套低噪音且高能效的驅動系統將一顆高轉矩 maxon EC 90 flat 盤式馬達、一個編碼器、一組可選配的皮帶驅動機構，以及一個 EPOS 位置控制器整合到一個體積極小的單元內。數據交換透過 CAN 進行。特殊的控制技術和作用力監控演算法確保電梯門能夠平順但靈活運動，並且精確定位，而且能防止擠壓。

maxon 與一家客戶合作設計和開發出這套系統，跨領域匯集了應用與安全技術、結構設計、控制器、電子開發、熱力學和軟體等方面專家的知識。這類解決方案無法只單憑結合各個單一元件就能實現：需要的是針對特殊應用案件設計新驅動解決方案的能力。maxon 是驅動系統、控制器和電池管理方面的理想合作夥伴。

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