电机的新趋势

今天，您可以在线配置汽车，指定所需的精确颜色和功能。您可以从内存到背部，面，侧和镶嵌的情况下，从内存到案例的材料，从内存到智能手机并立即指示它。制造越来越多地定制。OEMS，Integrators和最终用户在他们个人生活中专业购买的产品中寻找相同程度的灵活性，因此有意义。和自动化供应商正在提供。无论是涉及增值商品产品还是提供竞争优势的自定义选项，电机的最新趋势围绕选择。

运动应用大致可以分为两类。第一种是高产量低利润的经营，如消费包装商品或食品和饮料的制造和包装。这一领域的机器制造商和终端用户通常希望能够在全球范围内快速、容易地采购商品组件。对于每一个拥有运动能力的设计人员的组织来说，都有更多的人缺乏内部技能。他们把运动控制看作是一种使能技术。他们希望它是交钥匙，这样他们就可以专注于他们带给市场的核心价值。

第二种类型的应用是基于更小的利基市场，通常是更技术密集型的。例如半导体设备或医疗设备。在为数不多的供应商中，核心功能往往是相同的。因此，这些行业的原始设备制造商必须利用每一个机会使他们的产品在市场上与众不同。他们更有可能寻找定制的解决方案，这将给他们带来竞争优势。让我们来看看这两个领域的活动。

商品产品
在过去的十年中，重点一直在改善商品电机的性能，如包装，食品和饮料等主流应用，以及制造业。主题是增量变化之一，而不是技术的主要跨利赛之一。这对具有高停机费用的风险厌恶市场有意义。然而，现在，新趋势正在出现。

第一个对实际设备少于过程。有一个时间组织有深刻的工程专业知识。随着当今倾斜的人员配置，他们更有可能向他们的供应商填补差距。“对于我们得到的每个标准请求，我们有一个OEM希望特定连接器的特定连接器，特定的轴修改，”Kollmorgen（Radford，弗吉尼亚州Radford）的产品线经理和步进电机专家说。“他们想要它done at the manufacturing level. They don’t want to do that value-add in-house.” That puts pressure on motion vendors to develop flexible manufacturing capabilities that enable them to customize quickly and efficiently while controlling cost.

作为该过程的一部分，制造商将重复的定制订单转换为产品线。“如果你去任意数量的步进电机制造商，你看看他们的”什么是新的“页面，很多产品都与非常具体的利基应用类型有关，”Bellefeuille说。“对于医疗，如果有人需要一个非常非常光滑，非常平坦，安静的电机，我们可能会优化绕组，优化施工。这是标准电机，但实际上基于我们收到的OEM规范，我们经常能够将其放入“标准”设计中。“

实例包括带薄片形状因子和厚度约10毫米的电机。它们将用于半导体制造或食品和饮料包装机的机器中的馈线模块中。为了解决医疗器械市场，一类电机专门设计用于酷。这需要绕组和激励它们的驱动器的组合。绕组中的自由度包括相位，线圈设计，线径和绕组密度。

虽然电机制造商经常生产自己的驱动器与他们的电机相匹配，但这里也是新的趋势。随着越来越复杂和功能性微控制器的可用性，需要特定的运动属性的客户现在可以建立自己的驱动器。但是，这些驱动器只能提供受益，如果它们与与其特征相匹配的电机配对。越来越多的运动供应商正在开发框架，使它们能够快速且有效地实现定制电机设计。"The number of turns, the wire diameter is all going to affect the amount of current you can put in the motor,” Bellefeuille says. “It’s going to affect the current and inductance and input voltage, and those are all going to change the torque-speed curve. So for OEMs, having a manufacturer that can develop custom windings for them is a huge advantage.”

无框架的汽车
二十年前，一名想要向机器添加动作的工程师将购买电机，耦合器，变速箱和执行器。如今，它们的可能性可以使用由单独的转子和定子的无框架电机安装定位，而没有外壳，使其可以直接构建到设备中。

这是一个竞争优势的问题。“OEMs are buying rotors and stators¬ - or in the case of a linear motor, the magnet track and the forcer - and integrating them into their system, whether it’s a robot arm or a joint assembly or whatever,” says Rob Mastromattei, Business Development Director at Celera Motion (Bedford, Massachusetts). “These are ways they can differentiate themselves and win in their market segment.”

考虑半导体中的离子注入。这是一个步进扫描过程，包括将晶圆置于固定离子束下一段特定的停留时间。原始设备制造商可以通过制造每小时处理更多芯片的设备来为客户赚钱。现在，一个设备制造商不能改变植入的基本物理原理。然而，他们可以通过加速定位，给客户和自己带来竞争优势。

以低速操作的传统伺服电动机需要齿轮箱，以便为离子植入提供高加速运动。然而，齿轮箱引入合规性，这增加了稳定时间并减慢过程。直接使用无框架电机驱动轴消除了问题，同时也减少了尺寸和惯性。“你必须能够非常准确地植入，”Wittenstein（Bartlett，伊利诺伊州）的业务部门经理Winson“在一些这些轴上执行唯一的方法是用无框电机直接驱动并在其周围设计机器。”

这是一种方法，可以为各种应用领域的OEM提供差异化​​因素，例如航空航天，通信，医疗，科学和半导体。“在他们的市场段中真正挑战的OEM更快，更轻，更准确，并提供更好的动态，是[使用无框架电机]消除冗余零件，”Mastromattei说。“如果要减小尺寸，提高刚度，请使其动态稳定性，改变可能导致不稳定的激励模式，OEM已经想出，这意味着您需要一个独特设计的运动轴。”

这是好消息。坏消息是，这并不像听起来那么容易。幸运的是，许多供应商提供无框电机或配套电机，与匹配的转子/定子对。它们可提供各种形式的因素，包括弧和R-Theta配置旋转对称的应用(见图1)。即使有匹配的硬件，无框电机也需要清楚地理解指定和应用电机技术。有时，内部工程技术可能不包括运动控制，协同工程服务的想法再次发挥作用。

“有很多需要考虑的东西，”vinson说。“当您实际将电机放在一起时，就有所有的工艺。设计轴承系统时需要小心。冷却可能非常具有挑战性。专家的支持非常重要。“

与上面的步进讨论一样，一旦OEM决定使用无框架电机解决方案，它们应该与他们的供应商从设计阶段工作。这是避免问题和误解的最佳方式。该过程可以在那里开始和结束，或者供应商实际上可以构建和提供子组件。OEM无需任何风险就获得了竞争优势。

除了转向无帧电机，maso mattei还看到音圈电机(VCM)和音圈驱动器的使用增加。这项技术并不新鲜——它已经使用了大约40年。这更多的是正确的技术在正确的时间出现的例子。他说:“推动这一趋势的原因之一是，人们可以用VCM来搭配非常小、高精度、高分辨率的编码器。”“以前，你必须买一个200美元的VCM和一个2000美元的编码器。现在，你可以花几百美元买一个VCM，花几百美元买一个编码器，然后用纳米分辨率进行定位。”

破坏性技术
除了定制的趋势之外，还有一些新的电机技术在翅膀中等待。George Bennett，Motor Consulant和最佳运动的创始人（Calrieta，California）指向一个明尼苏达州启动，用于变频电机，设计用于易于维护。资产所有者可以轻松更换线圈，例如，不从机器上移除电机。“I’m not really comfortable with the idea of variable reluctance because the acoustics problem, but the idea of replicable parts so that you don’t have to take the whole machine apart to fix the motor, that’s a great idea,” says Bennett.

他也是一团团队的一部分，开发一种称为现场调制电机的新型电机。通常，伺服电动机在低速下具有急剧开发扭矩。它们通常需要添加齿轮箱，该齿轮箱增加了尺寸，成本，重量，维护和额外的失败点。变速箱还介绍了间隙，使它们为某些应用程序的非启动器。

步进电机遭受伺服电机的反向问题。它们以低速产生大量扭矩，但电感会限制其高速性能。它们还遭受了一种称为中档共振的现象，其中谐振导致电动机的扭矩以一定速度突然下降至零。互感也限制了相位数，又将帽子放在扭矩和分辨率上。

田园型调制电机，由Carl Copeland设计，德克萨斯州德克萨斯州堡垒楼层楼宇36，Inc。（德克萨斯州沃思堡）为两类电机提供了替代品。它具有18个阶段，36个极，以及与传统电机完全不同的3-D磁通路径（参见图2）。高极计数允许各自的相位对准惊人。这是零置换扭矩。结果，电动机可以以低速提供更高的扭矩，而不是伺服电机，但它也可以比经典的步进电机更快地运行。它具有非常低的惯性和分辨率为0.909°。它不旨在替换任何一种电机类型，而是为拾取和机器人等应用提供可行的中档解决方案。

例如，考虑以5000rpm运行的三相电动机以产生22 nm的扭矩。这转化为大约15次HP。现在，让我们将其与等效的现场调制电机进行比较。您可以思考基本上模拟六个独立的三相电动机并连接到单个输出轴的18相块型调制电动机。权衡是速度 - 它将提供130nm的扭矩，但大约830 rpm，用于大致相同的输出功率。现场调制方法的效果类似于用较薄的线重新卷绕电动机的效果，但没有增加方法的电感。“电机允许您构建一个驾驶员，该驱动器在低速下为给定的扭矩提供标准3相电动机的最新要求的驾驶员，”Bennett说。“从驾驶员电路的角度来看，从驾驶员电路的角度看，每次放大器在低端时比三相伺服电机更高的电流扭矩。”对于三相电机以800转/分钟提供多大扭矩，它需要一个齿轮箱，所有的权衡都需要。

The field modulation motor does have a drawback in that instead of driving three phases, the amplifier has to drive 18. “The cost is comparable for the driver because instead of three big H bridges you have 18, but they’re 1/6 the size,” Bennett says. “Between that and the pricing break for volume, you wind up with about the same cost overall.” The smaller parts also deliver an advantage in terms of form factor. Instead of the standard large box, drive manufacturers and end-users can develop smaller drives, flat packages, and more to better suit the requirements of the application.

该团队已经建立了八种原型，其中包括60 HP，42帧尺寸。楼层36已在IP上获得多项专利。在2016年底之前寻找可用于许可的技术。

当今应用程序的多样性和需求使原始设备制造商在满足性能要求方面面临越来越大的压力。专注于定制，电机和运动制造商提供灵活性的设计团队需要。供应商可以做任何事情，从增值制造到提供工程服务。从专门的绕组到无框架电机，再到全新的设计，当今的电机解决方案使oem和终端用户能够轻松获得他们需要的性能。

应答:
谢谢去丹琼斯，总统Incremotion Associates.（加利福尼亚州Westlake Village），用于有用的对话。