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汽车动力|现代技术发展的新电机新应用


来源 | 今日电机
现今电动机设计所面临的挑战 ， 通常包括对电动机/发电机的转矩、功率、效率、尺寸、重量及其他性能参数进行优化 。
【汽车动力|现代技术发展的新电机新应用】对于电动机 ， 可根据特定用途来选择对哪些参数进行优化 。 几乎所有电动机都是恒速、调速或启停式运转 。 对更高电能使用效率的日益重视 ， 使得通过调速电子驱动设备来获得更高使用效率 ， 比恒速应用获得了更广泛的使用 。 在进行实现精确定位性能的运动系统的开发时 ， 通常要求电动机具备较高的峰值转矩及降至零速率时平稳的速率和转矩运动 。 功率及控制电子器件为包含电动机、驱动及控制元件在内的整个运动控制或机电一体化系统提供了关键部件 。

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五种常用的电动机类型包括通用有刷直流电动机、可调或开关磁阻电动机、交流感应电动机、电子控制无刷同步或永磁(PM)同步电动机 。 成熟的通用电动机是一种绕线磁极式电动机 ， 可由交流或直流输入电压驱动 。 但它的功率较低 。 具有绕线磁极及PM结构的有刷直流电动机 ， 会因其机械换向系统而使工作寿命受到限制 。
新技术的发展主要限于磁阻、感应及无刷永磁同步电动机系统 。 最近 ， 这三种电机技术的结合也出现了 。
永磁电动机
永磁电动机天生具有最高的效率 ， 并在范围宽广的候选新技术领域 ， 领先于其他电机技术 。 无刷永磁同步电动机（PMSM）有多种名称 ， 例如无刷直流电动机、无刷PMAC电动机及电子控制电动机（ECM） 。

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现今广泛应用的PMSM电动机 ， 其磁体位于圆筒转子的表面 。 伺服定位领域的最新产品 ， 正在向圆筒轮辐中嵌入磁体及内部永磁构造发展 。 这些具有嵌入式磁体的产品 ， 在多种精确定位运动系统中 ， 能极大地增大转矩或减小尺寸及重量 。 这种伺服电机多用于机械工具、机器人及半导体设备 。
轴向磁通电动机
交通运输业（电动自行车、摩托车、汽车）是新PMSM技术的目标 。 对于磁体位置 ， 两个极好的例子是位于轴向磁通及横向磁通PMSM电动机内部 。
轴向磁通PMSM具有独特的圆盘形状 ， 比之常规的圆柱形径向磁通PASM电动机 ， 它能产生更大的转矩 。 它独特的构造 ， 能与多种车辆驱动轮的中心相匹配 。
轴向磁通电动机提供高转矩及低电机轴速 ， 在很多应用中免除了使用昂贵变速箱的需要 。 混合驱动或电力驱动车辆的重新出现 ， 促进了对用于牵引应用的轴向磁通电动机重新进行技术评估 。
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主要的轴向磁通结构有两种：内部PM转子置于两个定子绕组之间 ， 及两个转子围绕定子的圆环型 。 内置PM转子是最常用的结构 。 运输公司引导着这方面的研究 ， 同时世界各地的对这些类型电动机进行评估、设计及使用的大学教授也写作了很多论文 。 中国电机公司制造了大量的电动自行车用的轮觳轴向磁通电机 。
一种更独特的轴向磁通PMSM结构是NovaTorque公司的PMSM 。 这种轴向磁通PMSM的轴向长度大于其径向直径 。 NovaTorque的转子 ， 将一对由铁酸盐磁体构成的圆锥轮觳组件嵌入在IPM结构的软磁材料中 。 这种结构 ， 使得低成本的铁酸盐磁极能实现与稀土（钕）磁体相媲美甚至更优越的电机性能 。
横向磁通电机

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韩国的Electric Research Institute (KERI) 具有十多年多种横向磁通电动机的生产史 。 它的机电一体化团队开发了旋转及线性电动机 。 材料运输系统的发展已达到1120 lbs-force (5000 N) 。 横向磁通电机能实现大转矩及高功率密度 ， 但制造成本也较高 。 目前其使用仍局限于某些特定的场合 。


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