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先进精密电机如何助力物联网和工业4.0

经过沃特·史密斯,森萨塔科技公司|2018年9月14日

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这是电子设计行业的激动人心的时刻,因为嵌入式电子功能蔓延到现代社会的各个方面。事物互联网(物联网)和下一代智能制造的破坏性增长,也称为行业4.0,正在为设计人员提供需求,以开发功能强大,小,精确和高效的支持运动解决方案。

电动机已经存在超过一个世纪(电动车自19世纪末),但第一个设计效率低,大而不精确。稀土磁铁和先进的无刷直流电机(BLDC)电机设计的出现赋予了一系列足够小的电动机,以适应受限的空间,足够强大,以进行实际工作,并且有效地用于无线或远程应用程序。

制造具有高度奏效且经济效益的产品的压力意味着电子工程师必须从他们设计的每个系统中汲取最佳性能。高性能BLDC电机可以提供当今苛刻的应用所需的性能和经济水平。这包括从智能家居的电器到自推进物联网设备,到工业店地板到石油和燃气钻孔和提取操作中的应用程序。

工业的

当涉及到工业应用时,机器人处理和装配系统中的电机必须非常可靠,具有成本效益和空间效率。许多新一代电机的技术以前已经用于各种科学和mil/aero应用,但这些核心技术现在已经降低了成本,并被纳入广泛的工业解决方案。

简化包装设计的方法之一是将电机本身纳入产品的主体,而不是将其连接到外部运动点。无框架BLDC电动机设计,也称为转子/定子部件组,允许电动机完全集成在给定的组件内,这导致最大的扭矩到容积。对于具有限制空间限制的应用程序,开发人员可以选择集成选项和电机配置。根据应用,当运动轴是空间限制时,可以使用常规圆柱形格式或更平坦的煎饼式电动机。

自主车辆

大多数人想到飞机或汽车时,当无人或自治车辆出现的话题,但该领域达到了大海的深处。远程运行的水下车辆(ROV)行业的进步已经为搜索和救援,海上安全,军事,水电工业,海上石油钻井平台检测和科学研究等应用程序创造了亮度机的市场。

在这种情况下使用的检测级rov必须小巧便携,以便能够方便地移动和部署到需要的位置,以确保最佳的作业性能和检测结果。这种性质的车辆通常运行在10马力以下,并使用紧凑型推进器发动机直接连接到螺旋桨定位和导航。

使用的电机必须呈现低调,具有可靠在水,油和其他液体中可靠操作的能力。最新一代高级BLDC电机不仅满足ROV检查课程要求,而且其体积小,功率和效率使得具有低声噪声的简化设计。可定制的电机提供该专业市场段,拥有紧凑的设计,既容纳和无框架机械配置。

虽然在空中和轮式应用中,仍有化石燃料动力自动车辆,但由于较小的尺寸和易于集成,越来越多的制造商正在迁移到全电动系统。电气系统对化石燃料的优点还包括降低的碳足迹,声噪声较少,排放较低。缺乏排放和噪音对许多其他应用有益,例如需要最小尺寸和声学签名的警察和军事解决方案。

另一个对电气与化石燃料系统的忽略优势是电气系统在几乎任何人类环境中安全操作的能力,甚至是洁净室。这种能力是不可能发出任何性质的排气的系统。自动叉车,移动设备推车和零件箱,车间滑板车和其他自驾驶档也在电动机驱动时更静静地运行,并更容易地融入工作场所。

电池寿命

大功率电机在较高的占空比下运行,对其能量传递和存储系统提出了严格的要求。此外,电力基础设施必须尽可能具有成本效益。高效的电动机可以减少这些需求。

最大化电池寿命是各种任务关键系统的决定性因素,其中所涉及的设备的可靠性和寿命可能会影响该任务的结果。在电池供电的医疗器械以及远程驾驶的军用车辆中,在苛刻的情况下持续几分钟的能力会产生显着差异。这种需求不限于关键系统。增加任何电池操作系统的使用寿命现在是设备制造商的主要倡议,从手机到汽车。

为了满足这一需求,最新的无帧无刷直流电机可用于多种配置,其设计可提供超过90%的极高的运行效率。这使得电池寿命比传统设计更长。对于依赖电池的应用,电机的效率往往是决定因素,而不是电池的大小,在给定的应用中,在电池(或超级电容器或回流电池)需要充电之前,实现最长的工作时间。

严酷的环境下

在诸如石油和天然气等恶劣环境中使用无刷直流电机时,对设计提出了额外的要求。为了满足这些需求,这些应用场合的电机必须额定工作温度为205℃,压力为30,000 PSI,能够承受超过1000g的冲击负载,并具有25g RMS的抗振能力。

例如,图3中的无刷直流电机是为最极端的环境温度和压力环境设计的。这种无刷直流电机已经经过了一些最广泛的环境测试协议的验证,以确保在高温和高压环境下的性能,同时在极端应用中处理高冲击和振动负载。这些电机有一个专有的设计,是高度可定制的特定需求,可在广泛的扭矩和速度,并可配置为变速箱或其他反馈系统。

例如,图3中的无刷直流电机是为最极端的环境温度和压力环境设计的。这种无刷直流电机已经经过了一些最广泛的环境测试协议的验证,以确保在高温和高压环境下的性能,同时在极端应用中处理高冲击和振动负载。这些电机有一个专有的设计,是高度可定制的特定需求,可在广泛的扭矩和速度,并可配置为变速箱或其他反馈系统。


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