先进的电机设计:新电机实现新应用
永磁体、轴向、横向和径向磁通设计优化了扭矩、功率、效率、尺寸、重量和其他电机性能参数，如2月份的《控制工程》专题文章所述。读者反馈在2月16日添加到下面。
电动机是驱动风扇、鼓风机、泵、打印机、磁盘驱动器、自动取款机、工业和医疗机器的机械肌肉动力，以及汽车、公共汽车、飞机操纵面和数百种其他应用。将机械运动转换为电力发电的发电机使用相同的基本转子、定子、轴承和支撑结构。当今的工程挑战通常包括优化电机/发电机的扭矩、功率、效率、尺寸、重量和其他性能参数。
电机，驱动器，控制器
对于电机，具体的应用决定了要优化的参数。几乎所有的电机都是恒速、变速或启停运动。对更高功率效率的日益重视导致变速电子驱动器被用于在更广泛的范围内实现比恒速应用更高的功率效率。开发实现精确定位能力的运动系统通常需要具有高峰值扭矩和平稳速度的电机，并将扭矩运动降至零速度。动力和控制电子元件是整个运动控制或机电一体化系统的关键部件，包括电机、驱动器和控制元件。
五种流行的通用类型的电动机是通用刷直流，可变或开关磁阻，交流感应，电控无刷同步或永磁(PM)同步电机。成熟的通用电机是一种可以用交流或直流输入电压驱动的绕线励磁电机。电源效率较低。由于其机械换向系统，绕线励磁和永磁结构中的电刷直流电动机使用寿命有限。
新技术的发展主要局限于磁阻、感应和无刷永磁同步电机系统。最近，这三种电机技术的结合也出现了。
永磁电动机
永磁电机具有最高的固有功率效率，在其广泛的新技术候选中领先于其他电机技术。无刷永磁同步电机(PMSM)有很多名称，包括无刷直流电动机、无刷PMAC电机和电控电机(ECM)。
今天在广泛应用中使用的永磁同步电动机的磁体位于圆柱转子表面。伺服定位领域的最新产品已转向圆柱辐条埋磁体和内部永磁体(IPM)配置。这些埋地磁铁产品在各种精密定位运动系统中逐渐增加扭矩或减小尺寸和重量。这些伺服电机被发现用于机床，机器人和半导体设备。
轴向磁通电动机
电动自行车、踏板车、摩托车和汽车等交通运输行业是PMSM新技术的目标。新的磁体位置的两个很好的例子体现在轴向磁通和横向磁通永磁同步电动机。
轴向磁通永磁同步电动机(图)具有独特的圆盘形状，比传统的圆柱形径向磁通永磁同步电动机产生更大的扭矩。它独特的配置适合大多数类型的车辆的驱动轮的中心。
轴向磁通电机提供高扭矩和低电机轴转速，在许多应用中消除了昂贵的齿轮箱的需要。混合动力或电动汽车的重新出现促进了轴向磁通电机在牵引应用中的技术重新评估。
有两种主要的轴向磁链配置:两个定子绕组之间的内部PM转子和使用两个转子围绕非移动定子的环面。内部PM转子是其最受欢迎的配置。运输公司领导着研究工作，来自世界各地的大学教授在评估、设计和使用这些电机类型方面撰写了许多论文。中国电机公司正在为电动自行车生产大量轮毂轴向磁通电机。
我们最近的经济衰退扼杀了许多使用轮毂轴向磁通电机的初创公司，但德克萨斯州奥斯汀的KLD能源技术公司正在向滑板车制造商提供其5千瓦版本的轴向磁通轮毂电机。英国阿宾顿的YASA Motors公司开发了一种轴向磁通电机，用于大型车辆，采用无槽或无轭定子，输出功率超过60牛米(44磅-英尺)@ 3600转(25千瓦)，峰值功率效率达到96%。几乎所有轴向磁通电机都使用高能钕铁硼磁体。
一个更独特的配置轴向磁通永磁同步电动机是NovaTorque(森尼维尔，CA)永磁同步电动机。这种轴向磁通永磁同步电动机的轴向长度大于其径向直径。NovaTorque转子具有一对锥形轮毂组件，由嵌入IPM软磁材料中的铁氧体磁体组成。这种配置允许低成本的铁氧体磁体实现匹配或超过稀土(钕)磁体的电机性能。
转子轮毂组件位于转子的两端，电机磁通通过定子的轴向磁场极直线流动(与轴平行)。锥形转子轮毂表面创造了一个更大的气隙面积，从而提高扭矩。NovaTorque的第一个产品，品牌名称Premium Plus下的3马力PMSM轴向磁通电机+在1800转/分钟的转速下，显像为159磅/英寸(18 Nm)。NovaTorque的行业重点是用于加热，通风和空调制冷(HVACR)产品的风扇，泵和压缩机。
横向磁通电动机
横向磁通电机具有复杂的磁路。径向磁通电机和轴向磁通电机都可以用二维有限元和更直接的数学模型进行模拟，横向磁通电机由于其磁路是三维的，因此需要三维有限元模型。环形定子绕组由若干u形磁性元件包围。横向磁通电机由W.M. Morday于1896年发明，但由于其复杂的结构和额外的成本，需要其增强性能的应用正在缓慢出现。由于钕磁体和软磁复合材料的发展，瑞士Biilach的Landert电机公司开发了一系列较小的横向磁通电机，MDD1系列，额定扭矩为3.3 Nm至10 Nm @ 300 rpm(100瓦至300瓦)。应用包括转盘和其他工业机器。
韩国电气研究所(KERI)已经制造各种横向磁通电机超过10年。它的机电组开发了旋转和线性版本。材料运输系统的开发可达1120磅力(5000牛)。横向磁通电机可以实现非常高的扭矩和功率密度，同时制造成本更高。它的使用目前仅限于特殊应用。
混合圆柱电动机
径向磁通圆柱电机也在开发新的电机技术，将永磁(PM)与变磁阻电机集成，永磁与交流感应电机集成。
QM Power是电机技术结合的最佳例子。新型QM功率平行路径磁技术(PPMT)结合了VR和PM技术。有两种磁通模式开发和共享相同的电机磁元件，一个来自两个pm，另一个来自VR转子-定子绕组配置。QM Power报告称，磁力通常可以增加三倍，从而使功率密度增加30%，峰值效率也有类似的提升。它可以从100瓦扩展到数百千瓦。
PPMT的目标是恒速和变速应用，包括牵引驱动器。PPMT在更高的负载条件下保持更高的功率效率。与铁氧体磁体配合使用可达到优异的性能。
混合动力电机技术的另一个例子是线起动交流感应电机，它将鼠笼转子与永磁磁笼(通常是铁氧体型)结合起来，以显著提高交流电机的功率效率。意大利威尼斯的Lafert公司拥有一系列工业和商业线路起动交流电机，范围从1千瓦到15千瓦，最高效率评级提高了5%到8%。
仿真工具
这些“新”电机技术中的许多都有待于开发新的驱动和控制电子设备、新的磁体和新的绝缘材料。新的仿真工具有助于这些新电机技术的设计。
对更高扭矩密度、功率密度和节能电机和发电机的需求，与对新型混合动力和电动汽车驱动电机、新型更高效发电机以及更小、更高效的智能HVACR产品的需求相匹配。产品成本与电机和发电机性能必须仔细匹配的应用需求。
更多信息，请参见:
www.keri.re.kr克里/英语/主/ main.php
www.kldenergy.com
www.novatorque.com
www.oxfordyasamotors.com
还读:
封面故事:节能电动马达
永磁电机的崛起-永磁无刷同步电机已经超越了传统应用，比感应电机效率更高。
浏览控制工程马达和驱动器频道。
读者反馈-评论
丹·琼斯关于新电机技术的伟大文章。很高兴通过电子邮件收到这个消息。[这篇文章被收录在2月10日控制工程机器控制每月电子通讯。其他人可以在www.globalelove.com/subscribe；浏览其他电机发展:www.globalelove.com/new-products/motors-and-drives.html。
这篇文章跨越了许多行业，应该在后面补充一些被引用的个别公司的细节。[参见下面添加的其他链接。我认为人们对此很感兴趣，因为马达被广泛使用，但人们对它的了解却很少。与电动汽车的联系也是一个流行的主题。
谢谢你的工作。
Steve Meyer，首席执行官/高级顾问
Solid Tech公司
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