汽车新趋势

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今天,您可以在线配置汽车,指定您想要的确切颜色和功能。您可以购买智能手机,并将其几乎所有方面,从记忆到案例的材料,背面,面部,侧面和嵌体的颜色。制造业越来越关于定制。原始设备制造商,集成商和最终用户在他们个人生活中专业购买的产品具有相同程度的灵活性是有道理的。自动化供应商正在交付。无论是涉及增值商品产品还是提供竞争优势的定制选择,电机的最新趋势都围绕着选择。
运动应用大致可分为两类。第一个是大量低利润的操作,如消费包装商品或食品和饮料制造和包装。该行业的机械制造商和最终用户通常希望能够快速,轻松地在世界各地采购的商品组件。对于其设计人员具有运动能力的每个组织,都有更多缺乏内部技能的人员。他们将运动控制视为有利技术。他们希望它是交钥匙的,以便他们可以专注于他们带给市场的核心价值。
第二种类型的应用程序是基于较小的壁龛,通常更加技术密集。例子可能是半导体设备或医疗设备。在供应商的小集合中,核心功能往往是一样的。因此,这些类型的部门的原始设备制造商必须利用每一个机会来区分他们的产品在市场上。他们更有可能寻找能够为他们提供竞争优势的定制解决方案。我们来看看这两个方面的活动。

在过去十年中,重点是改善商品马达在包装,食品和饮料以及制造等主流应用中的表现。主题是增量变化,而不是技术的重大飞跃。这对于具有高停机成本的风险厌恶的市场来说是有意义的。然而,现在新趋势正在出现。
第一个是关于实际的设备,而不是关于进程。有一段时间,组织具有深厚的工程技术专长。随着今天的员工人数的下降,他们更有可能向供应商寻求弥补。科尔摩根(Radford,Virginia)的产品线经理兼步进电机专家Josh Bellefeuille说:“对于我们所得到的每一个标准报价请求,我们都有一个OEM想要一个特定的连接器,一个具体的轴修改。”他们想要在制造层面完成,他们不想在内部增值。“这给运营商带来压力,开发灵活的制造能力,使他们能够快速高效地定制,同时控制成本。
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。“如果你去任何数量的步进电机制造商,你看他们的”新功能“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,如果有人需要非常,非常平滑,非常平坦,安静的电机,我们可以优化绕组,优化施工。这是一个标准电机,但实际上是基于OEM规格,我们经常收到,我们已经能够将其置于“标准”设计中。“
实例包括具有薄饼形状因子的电机,厚度约为10毫米。它们将用于半导体制造机器或食品和饮料包装机的进料器模块中。为了解决医疗器械市场,一类电机已经出现专门设计用于运行凉爽。这将绕组和驱动器组合起来使它们通电。绕组的自由度包括相数,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,但在这里也出现了新的趋势。随着越来越复杂和功能的微控制器的可用性,需要特定运动属性的客户现在可以构建自己的驱动器。但是,如果这些驱动器与匹配其特性的电机配对,这些驱动器才能带来好处。运动供应商越来越多地开发框架,使他们能够快速有效地实现定制电机设计。Bellefeuille说:“匝数,导线直径都会影响电机的电流,”这将影响电流和电感和输入电压,而这些将会改变扭矩速度曲线,所以对于OEM厂商来说,
无框电机
二十年前,一名希望向机器添加运动的工程师将购买电机,联轴器,变速箱和执行机构。今天,它们同样可能使用由独立的转子和定子组成的无框电动机来安装定位,而没有外壳,因此可以将其直接安装到设备中。
这是一个竞争优势的问题。罗伯特·马斯特罗马蒂(Rob Mastromattei)表示:“原始设备制造商正在购买转子和定子 - 或者在线性电机的情况下,磁铁轨道和锻造 - 将它们集成到系统中,无论是机器人手臂还是联合组件, Celera Motion(Bedford,Massachusetts)的开发总监。“这就是他们能够区分自己并在市场中获胜的方式。”
考虑半导体中的离子注入。这是一个步进扫描过程,其涉及将晶片定位在固定离子束下进行特定停留时间。原始设备制造商可以通过建造每小时处理更多芯片的设备来为客户提供金钱。现在,设备制造者不能改变植入的基本物理学。然而,他们可以通过加快定位来为他们的客户和自己提供竞争优势。
以低速运转的常规伺服电动机需要齿轮箱,以便传递离子注入所需的高加速运动。齿轮箱引入了合规性,但这增加了安装时间并减慢了过程。使用无框电机直接驱动轴可以消除问题,同时减小尺寸和惯量。Wittenstein(Bartlett,Illinois)的业务部经理Will Vinson表示:“您必须非常准确地植入。“这些轴上唯一的方法是用无框电机直接驱动,并在周围设计机器。”
这是一种可以为各种应用领域(如航空航天,通信,医疗,科学和半导体)的OEM提供差异化​​的方法。Mastromattei说:“采用无框架电机来消除冗余部件,OEM市场在其市场上的挑战要更快,更轻,更准确,提供更好的动态。“如果要减小尺寸,提高刚度,赋予其动态稳定性,改变可能导致不稳定性的激发模式,OEM厂商已经意识到,这意味着您需要一个独特设计的运动轴。

汽车新趋势

无框架电机


图1:无框电机消除零件并使轴能够直接驱动。 (由Celera Motion提供)这是个好消息。坏消息是,它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套件电机,具有匹配的转子/定子对。它们具有各种形状因子,包括用于旋转对称应用的弧和R-θta配置(参见图1)。即使使用匹配的硬件,无框电机需要清楚地了解指定和应用电机技术。在一段时间内,工程技术可能不包括运动控制,共同工程服务的想法再次发挥作用。
“有很多事情需要考虑,”维森说。“实际上把电机放在一起的时候,所有的工艺都是这样的。设计轴承系统时需要小心。冷却是非常具有挑战性的。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,他们应该在设计阶段与供应商合作。这是避免问题和误解的最好办法。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无需任何风险即可获得竞争优势。
除了向无框电机的转变外,Mastromattei还增加了使用音圈电机(VCM)和音圈执行器。该技术不是新的 - 它已经可用了大约40年。更合适的技术在正确的时间出现。他说:“推动这一点的事情之一是人们可以获得非常小,高精度,高分辨率的编码器与VCM一起使用。” “之前,你不得不买一块$ 200美元的VCM和$ 2,000美元的编码器。现在,您可以获得几百块钱的VCM和一个几百美元的编码器,并以纳米分辨率进行定位。“
破坏性技术
除了定制趋势之外,还有一些新的电机技术在等待着。汽车顾问和最佳运动创始人George Bennett(加利福尼亚州的Murrieta)指出,明尼苏达州的一家起动可变磁阻电机的起动机专为便于维护而设计。资产所有者可以轻松地更换线圈,例如,不从机器上移除电机。Bennett说:“我不太乐意因为声学问题而变得不情愿,而是可复制零件的想法,这样您就不用把整个机器分开来固定电机,这是一个好主意。” 。
他也是开发一种称为现场调制电机的新型电机的团队的一部分。一般来说,伺服电机在低速时难以产生转矩。它们通常需要添加齿轮箱,增加了尺寸,成本,重量,维护和其他故障点。齿轮箱还引入了间隙,使其成为某些应用的非起动器。
步进电机遭遇伺服电机的相反问题。它们以低速产生大量的扭矩,但电感限制了其高速性能。它们还遭受称为中频共振的现象,其中谐振导致电机的转矩在某些速度下突然下降到零。相互电感也限制了相位计数,这反过来又限制了转矩和分辨率。
由36层公司(德克萨斯州沃思堡)总裁Carl Copeland设计的现场调制电机为两类电机提供了替代方案。它具有18相,36极和与传统电机完全不同的3-D磁通路径(见图2)。高极数允许相位对准的单独交错。其结果是零定位扭矩。因此,电机可以以比伺服电机低的速度提供更高的转矩,但它也可以比典型的步进电机运行得更快。它具有非常低的惯性,分辨率为0.909°。它不是要取代电机类型,而是提供一个可行的中档解决方案,用于拾取和放置组装和机器人等应用。
图2:现场调制电机利用两个定子和3-D磁通聚焦,为中等速度的高扭矩运行提供机器人和拾取和放置应用。 (由36楼提供)例如,考虑以5000RPM工作的三相马达产生22Nm的扭矩。这转化为约15 HP。现在我们来比较一下等效的现场调制电机。您可以将18相场调制电机视为基本上模拟六个单独的三相电机并连接到单个输出轴。这种折衷是速度 - 它将提供130 Nm的扭矩,但在大约相同输出功率的830 RPM左右。场调制方法的效果类似于使用更薄的线重绕电机,而不会增加该方法引入的电感。Bennett说:“电机允许您构建一个驱动器,该驱动器具有标准三相电机当前对低速给定转矩的要求的六分之一。“从驱动电路的角度来看,
现场调制电机确实有一个缺点,而不是驱动三相,放大器必须驱动18“。与司机相比,成本是相当的,而不是三个大H桥梁,你有18,但它们是1/6的“贝内特说。“在此之间和数量的定价突破之间,您的整体成本大致相同。”较小的部件在外形方面也具有优势。驱动器制造商和最终用户可以开发较小的驱动器,扁平封装等,以更好地适应应用的要求,而不是标准的大型封装。
该团队已经构建了8个原型,包括60 HP,42框架尺寸。36号楼已获得IP多项专利。在2016年底之前查找可用于许可的技术。
今天应用的多样性和需求使OEM厂商面临越来越大的压力来满足性能要求。专注于定制,电机和运动制造商提供设计团队需要的灵活性。供应商可以从增值制造到提供工程服务。凭借从专业绕组到无框电机到全新设计的替代品,当今的电机解决方案可让OEM和终端用户轻松获得所需的性能。

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