直驅(qū)式機(jī)構(gòu)

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)的主要缺點(diǎn)就是需要特制的電動(dòng)機(jī)。一般電動(dòng)機(jī)會(huì)設(shè)計(jì)在較高轉(zhuǎn)速（例如1500或是3000rpm時(shí)才會(huì)有最大轉(zhuǎn)矩。這様?shù)奶匦赃m用于許多應(yīng)用場(chǎng)合（例如風(fēng)扇），但其他的機(jī)構(gòu)需要在非常低的轉(zhuǎn)速下有較大的轉(zhuǎn)矩，例如留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)，需要固定在33 1/3 rpm或45 rpm（而且要很精確）。

較慢的馬達(dá)其體積也會(huì)比（應(yīng)用在較高轉(zhuǎn)速下的）標(biāo)準(zhǔn)馬達(dá)要大。例如皮帶驅(qū)動(dòng)的留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)，其馬達(dá)直徑為2.5cm，若是直驅(qū)式留聲機(jī)轉(zhuǎn)盤(pán)，直徑為10cm。因?yàn)榉侵彬?qū)式的機(jī)構(gòu)可以用減速機(jī)構(gòu)使實(shí)際負(fù)載的轉(zhuǎn)速下降，而提高負(fù)載上的轉(zhuǎn)矩，相對(duì)而言，直驅(qū)式機(jī)構(gòu)的馬達(dá)就要產(chǎn)生夠大的轉(zhuǎn)矩。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)需要比較精準(zhǔn)的控制機(jī)械。有減速機(jī)的馬達(dá)其慣量較大，會(huì)讓輸出的運(yùn)動(dòng)變的較平緩。大部分馬達(dá)會(huì)有位置的轉(zhuǎn)矩漣波，稱(chēng)為磁卡力矩。在高速馬達(dá)上，磁卡力矩的頻率較高，不致影響系統(tǒng)特性。而直驅(qū)式機(jī)構(gòu)下，馬達(dá)的轉(zhuǎn)矩漣波比較容易影響系統(tǒng)，需要加慣量（例如飛輪）或是系統(tǒng)加入回授才能改善。

• 無(wú)轂輪

• 直線電動(dòng)機(jī)

• 提升效率：功率不會(huì)消耗在減速機(jī)構(gòu)中，皮帶、鏈條或變速箱中元件的摩擦上。

• 降低噪音：因?yàn)樵O(shè)備較簡(jiǎn)單，零件較少，直驅(qū)式機(jī)構(gòu)也比較不會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)，產(chǎn)生的噪音也比較小。

• 延長(zhǎng)壽命：可動(dòng)件較少也表示容易損壞的零件變少了。一般系統(tǒng)的損壞多半來(lái)自零件的老化（例如皮帶的拉伸）或是應(yīng)力。

• 低轉(zhuǎn)速下的高轉(zhuǎn)矩。

• 反應(yīng)快且精準(zhǔn)的定位：減少傳動(dòng)機(jī)構(gòu)也可以避免傳動(dòng)機(jī)構(gòu)對(duì)定位的影響，若是馬達(dá)改用低慣量的永久磁鐵馬達(dá)，低慣量也會(huì)讓定位反應(yīng)加快。

• 驅(qū)動(dòng)的剛性：沒(méi)有變速箱或滑珠螺桿等機(jī)構(gòu)，也避免了機(jī)械上的背隙、磁滯及彈性等相關(guān)問(wèn)題。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)應(yīng)用在許多的產(chǎn)品中：

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)高速

• 風(fēng)扇：不需精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速依風(fēng)扇而定，約在1000至12000 rpm之間。

• 硬盤(pán)：需非常精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速有5400、7200、10000、15000 rpm等。

• 錄影機(jī)：需非常精準(zhǔn)，轉(zhuǎn)速1800 rpm（NTSC）或1500 rpm（PAL）。

• 縫紉機(jī)：依機(jī)種，轉(zhuǎn)速可能是3000 rpm到5000 rpm。

• 數(shù)控機(jī)床：數(shù)控機(jī)床的轉(zhuǎn)盤(pán)需要快而且精準(zhǔn)。

• 洗衣機(jī)：最高到1600rpm。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)中速及可變速

• 軟盤(pán)。

• 光盤(pán)驅(qū)動(dòng)器：CD會(huì)直接耦合在轉(zhuǎn)子上，播放音樂(lè)的轉(zhuǎn)速是250至500rpm，若是配合電腦使用，轉(zhuǎn)速會(huì)更高。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)非常低的轉(zhuǎn)速

• 唱片留聲機(jī)：速度需非常精準(zhǔn)，速度會(huì)是78, 33 1/3或45 rpm。

• 望遠(yuǎn)鏡架臺(tái)：速度需非常精準(zhǔn)，24小時(shí)會(huì)轉(zhuǎn)一圈。

直驅(qū)式機(jī)構(gòu)其他應(yīng)用

• 洗衣機(jī)：像Fisher & Paykel、LG集團(tuán)、三星集團(tuán)、惠而浦及東芝等廠商有生產(chǎn)直驅(qū)式的洗衣機(jī)，洗衣滾筒直接裝在馬達(dá)上，取代較低效率的皮帶驅(qū)動(dòng)或是配合減速機(jī)的機(jī)種。

• 火車(chē)：1919年的Milwaukee Road class EP-2電車(chē)是直接用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)火車(chē)的輪軸。東日本旅客鐵道（JR East）在2002年1月架設(shè)了實(shí)驗(yàn)性的JR東日本E993系電力動(dòng)車(chē)組電聯(lián)車(chē)（EMU），稱(chēng)為AC Train，測(cè)試在電聯(lián)車(chē)使用直驅(qū)馬達(dá)的可行性。此技術(shù)后來(lái)應(yīng)用在JR東日本E331系電聯(lián)車(chē)，在2007年開(kāi)始在京葉線上行駛。

• 車(chē)輛：自19世紀(jì)后期開(kāi)始就有車(chē)轂馬達(dá)，在21世紀(jì)開(kāi)始用電動(dòng)車(chē)的概念上。

• 風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)（參考無(wú)齒輪風(fēng)力發(fā)動(dòng)機(jī)）：許多公司都有開(kāi)發(fā)風(fēng)力發(fā)電的直驅(qū)式發(fā)電機(jī)，目的是在提升效率，也降低維護(hù)成本。

• 車(chē)輛：例如單輪車(chē)、高輪單車(chē)及兒童的自行三輪車(chē)。

直驅(qū)式點(diǎn)吸收波浪能發(fā)電裝置主要發(fā)電設(shè)備為直線發(fā)電機(jī)。振蕩浮子和永磁直線電機(jī)的動(dòng)子連接為一體，能最大限度地提取波浪能lA。圖2 a所示，其原理是在波浪力的作用下，振蕩浮子跟隨波浪做上下的往復(fù)運(yùn)動(dòng)，從而使得直線電機(jī)的動(dòng)子跟定子之間產(chǎn)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，切割磁力線，完成由波浪能向電能的轉(zhuǎn)換過(guò)程。相比旋轉(zhuǎn)發(fā)電系統(tǒng)，直驅(qū)式波浪發(fā)電系統(tǒng)將波浪能直接轉(zhuǎn)換為電能，不需要中間轉(zhuǎn)換裝置，具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、轉(zhuǎn)換效率高等優(yōu)點(diǎn)。

圖2 b)所示美國(guó)俄勒岡州立大學(xué)的波浪能非接觸轉(zhuǎn)換裝置L-10原理圖，該裝置了非接觸轉(zhuǎn)換概念，利用永磁鐵和金屬之間的非接觸作用力，通過(guò)滾珠絲杠和滾珠螺母將直線運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，帶動(dòng)永磁直線發(fā)電機(jī)產(chǎn)生電能。該裝置額定功率10 kW的原型樣機(jī)2008年9月在俄勒岡州紐波特進(jìn)行了海試，其浮子直徑為3.5 m，裝置高6.7 m，裝置效率超過(guò)50%;

半直驅(qū)概念是在直驅(qū)與雙饋風(fēng)電機(jī)組在向大型化發(fā)展過(guò)程中遇到的問(wèn)題而產(chǎn)生的，兼顧有二者的特點(diǎn)。從結(jié)構(gòu)上說(shuō)半直驅(qū)可與雙饋是類(lèi)似的，具有布局形式多樣的特點(diǎn)，同時(shí)目前研究中的無(wú)主軸結(jié)構(gòu)還具有與直驅(qū)相似的外型。區(qū)別在于一是與雙饋機(jī)型比，半直驅(qū)的齒輪箱的傳動(dòng)比低；二是與直驅(qū)機(jī)型比，半直驅(qū)的發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)速高。這個(gè)特點(diǎn)決定了半直驅(qū)一方面能夠提高齒輪箱的可靠性與使用壽命，同時(shí)相對(duì)直驅(qū)發(fā)電機(jī)而言，能夠兼顧對(duì)應(yīng)的發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)，改善大功率直驅(qū)發(fā)電機(jī)設(shè)計(jì)與制造條件。