許多工業應用在其制造、生產或機器人系統中，都依賴基于伺服或步進電機的運動控制器。傳統上，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，可以節省大量空間。集成電機的設計，旨在減少系統中的組件數量、簡化布線，相較于傳統設計，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省空間。本文圖片來源：AppliedMotion

　　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。

　　集成式電機的優勢

　　一般來說，集成式電機具有以下4個優點：

　　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送到集成電機。許多集成電機包括對工業網絡協議（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量。在某些情況下，系統根本不需要控制面板。

　　3.簡化產品選擇：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選擇問題。

　　4.節省成本：由于簡化了組件的選擇和安裝，可以節省時間成本；由于減少了系統組件的數量，可以節省材料清單費用。

　　接線更簡單

　　在例如，在傳統的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后，控制面板和軸之間的電纜減少到5根。

　　圖3：傳統的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?？刂泼姘鍍炔績H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量。

　　圖4：等效的4軸系統具有集成的電機，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絡電纜。集成電機上的雙端口通信連接可以使用菊花鏈網絡連接。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％。

　　簡化產品選擇

　　集成電機還簡化了產品規格匹配和選擇。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，因為驅動器已經針對電機優化了規格和配置，而且驅動器和電機之間也不需要電纜連接。盡管這些細節看似瑣碎，但它們對用戶有切實的影響，可以簡化產品選擇的過程。在大多數情況下，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成的工業電源。在伺服系統中，其連續功率最高可達600W，步進電機等級最高可達NEMA34。

　　連續提供超過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高直流電壓的直流電源系統。

　　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省的空間。復雜的高壓直流電源系統，也會增加成本，使產品選擇不再簡便。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成的工業電源（一般為48V直流電壓）來為集成式電機供電。對于要求連續運行功率超過600W的應用，在大多數情況下，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，要根據不同應用的需求權衡其優勢和不足。是否能夠節省空間和成本，簡化產品選擇和實現應用中的便利性，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：EricRice）