电机和驱动系统:先进的电机，编码器，应用

轴向可变磁通永磁电机、煎饼电机、先进编码器及其应用在2015年第12届电机与驱动系统年度会议和展览会上进行了讨论。该活动涵盖了电机、驱动系统和运动控制在制造、工业、包装和牵引应用方面的设计和集成方面的技术进步。第12届年会于1月21日至22日在佛罗里达州奥兰多举行。下面总结了1月21日的一些演讲。

轴向可变磁通永磁电机

位于日本京都的I-Motor研发公司开发了一种轴向可变磁通永磁(PM)电机，该电机具有电子驱动器，可以精确地重新定位可旋转的后绕组。Incremotion Associates公司总裁Dan Jones表示，与目前的磁场削弱技术相比，该技术将在较宽的速度范围内为电机提供更好的大功率效率。

他描述了电机的设计、电机性能和电机测试，结果是17页的数据。琼斯说，结果是积极的，尽管需要更高的速度和更大的偏移量测试。

双轴向间隙轮电机

无刷直流电动机可以集成到一个工作转子作为一个道路轮，风扇，泵，或任何产生旋转的电力。电力推进可以用于个人交通。将电动原动机放置在工业机器的轮毂中，可以提高可靠性，减少运动部件的磨损。该公司总裁维克多·沃克(Victor Wowk)表示，轮式电机减少了驱动系统的占地面积，为其他用途腾出了宝贵的空间。Machine Dynamics公司．

轮毂电机的起源很早就开始于内燃机驱动的车轮，农业机械上的液压马达，以及1903年的洛纳-保时捷电动车轮。他解释说，最近的应用包括矿用卡车和柴油机车上的齿轮电机，以及潜艇电机，与传统电机相比，每种电机都节省了空间。煎饼马达是窄而直径大的。轮式电机消除了驱动部件，减少空间，并在低速时提供更大的扭矩，无需皮带、链条、联轴器或齿轮。

双轴向间隙电机采用两面磁铁，无转子铁，两个定子绕组，两个电机，两个控制器冗余。这种设计比传统的电机设计更有效地去除热量，并且通往外部的路径更短。Wowk表示，尽管冗余设计降低了效率，但却提高了可靠性。

Wowk说，更少的轮马达部件意味着更低的成本和更高的可靠性。此外，在无氧、水下和真空环境下，该设计可在零速度下提供最大扭矩。Wowk说，火星着陆器使用轮式马达;在停止时几乎不消耗能量，扭矩的产生接近使用点，并且他们在车辆中为其他目的释放空间。

Wowk说，电动汽车协会相信电动汽车将永远优于汽油，因为电子比雾化燃料流动得更快。轮式电机是天然的再生能源，但即便如此，目前还没有电动汽车使用轮式电机。

牵引电机，电动两轮车

该公司高级董事总经理埃德•本杰明(Ed Benjamin)表示，全球最大的牵引电机市场是电动两轮车。eCycleElectric顾问．本杰明说，全球大约有2.25亿辆电动两轮车在使用。年销量超过3100万辆，预计将增长到每年约1.3亿辆。

本杰明说，制造商的范围很广，包括自行车、踏板车、摩托车、汽车和电动两轮车的零部件制造商。

价格和设计差异很大，有一种设计是踩踏板激活马达，还有一种设计是用苹果iPhone应用程序作为控制器。

中国是最大的电动自行车生产国和用户，有2亿辆电动自行车在使用。本杰明表示，东南亚和欧盟各有1000万辆，日本有150万至50万辆，美国市场约有50万辆，但这一数字正在迅速增长，2014年的销量为20万辆，是前一年的两倍。

市场机会包括电动自行车本身及其组件:电池、包装、充电器、电机、控制器、连接器、用户界面和通信。进入市场的企业必须在竞争激烈的市场中做好适当定价的计划，在生产过程中和生产结束后为工厂提供支持，在市场上复制任何设计之前，可能还要提前6周。目前，无刷直流永磁电机占据了大部分市场，机会比比皆是，Benjamin说，今天的电动自行车市场成熟程度相当于1906年的汽车市场。

聪明的编码器

旋转编码器提供有关电机轴位置和旋转方向、速度和加速度的关键信息。随着需要精确运动控制的应用的兴起，对编码器的需求急剧增加;目前的编码器为运动控制设计者提供了很少的智能。CUI运动控制副总裁Jeff Smoot表示，新技术提供了诊断和编程功能，可以加快上市时间，减少现场故障和停机时间。

可编程性允许定制需求、分辨率、极点、制造数据和日期代码。Smoot解释说，多功能性包括进行比例-积分-导数(PID)控制、零位设置(无刷直流电动机)和索引脉冲的能力，并且如果电机或运动系统设计发生变化，可以减少购买新编码器的需求。

Smoot表示，可用的诊断包括编码器状态(良好、不良或安装问题)，用于更快的故障排除，更少的现场故障，以及允许安排预防性维护的数据。(在启动时轮询编码器，避免错误设置损坏设备。)

感应式多转旋转编码器

在运动控制系统中，采用感应式多匝旋转编码器可以提高闭环性能。虽然带有光学扫描的单匝编码器在伺服电机中取得了很大的成功(特别是在低速应用中)，但对特定应用、定制或功能安全产品的需求有所增加。Heidenhain自动化产品专家Jonathan Dougherty表示，需要良好控制特性、高精度、动态性能、效率和耐用性的应用可以受益于下一代感应编码器技术。

光学编码器很脆弱，在坚固的应用中有污染的风险。Dougherty说，解析器更强大，但随着成本的降低，分辨率和准确性也出现了问题。Dougherty表示，感应编码器提供了一系列功能，包括无轴承操作、功能安全选项、高抗污染物性、高抗振动和抗冲击性，以及减少故障概率的组件。

光学编码器的安装替换可用于更容易的改造。

应用包括风力涡轮机、包装、自动化、搬运机械、机器人、造纸机、木材工业、钢铁工业、纺织工业和注塑机。

磁性编码器，集成

近年来，随着现代集成磁传感器的进步，从光学电机反馈到磁电机反馈有了一些转变，包括更低的成本、快速定制的几何形状、连接方法和性能特征。传感器首席工程师John Santos表示，定制套件和组件解决方案可以集成到现有的客户系统中，用于各种应用。铁姆肯公司．

铁姆肯公司成立于1899年，在传感器领域已经有15年的历史，桑托斯说，现在提供第三代和第四代霍尔效应传感器编码器产品，包括套件、模块化编码器和完整的组件。可提供轴上和离轴磁铁编码器;铁姆肯公司提供离轴型编码器。

数据速率超过光学传感器，可现场编程，可扩展温度范围-40至125℃。

应用包括采矿卡车，其中电动机安装在车轴上，由前面的柴油驱动;以及农业领域的拖拉机全球定位系统(GPS)转向反馈，桑托斯说;拖拉机轴转矩监测可防止传动线损坏。其他应用包括医疗和实验室设备，在潮湿或恶劣的环境中提供一致的定位，试管处理机，磁共振成像机，3D打印机上的打印头位置反馈，以及用于其他自动化应用的线性执行器。市场趋势包括越来越复杂，更高的分辨率，更高的精度，更快的更新和数据速度，以及现场可编程性。

电动测量

据Drivetech公司总裁Dal Y. Ohm博士介绍，电机驱动和功率转换器设计的电压和电流测量技术对电机驱动性能非常重要。电机驱动中使用不同的传感器类型和传感电路，需要了解采样，类型和应用，包括梯形与正弦，无传感器与无传感器，温度变化和电机类型，包括永磁体，直流，感应和开关磁阻电机。Ohm说，相电流传感对于高性能控制至关重要。

——Mark T. Hoske，内容经理控制工程，mhoske@cfemedia.com．

关键概念

• 通过对新技术的升级，电机和驱动系统可以变得更加高效和强大。
• 轮式电机或煎饼电机似乎有各种各样的应用，包括电动汽车(ev)，尽管它们还没有应用于电动汽车。
• 智能、感应和磁性编码器的优点包括更好的闭环操作。

考虑一下这个

新的电机和驱动系统以及传感技术能否提高运动控制应用的效率?

在线额外

查看数控机床和编码器和线性编码器(下面链接)的相关文章，并访问离散传感器页面在控制工程的网站。

您是否具有本内容中提到的主题的经验和专业知识?你应该考虑为我们的CFE媒体编辑团队做出贡献，并获得你和你的公司应得的认可。点击在这里开始这个过程。